Близнецы и близнецовый метод

История близнецовых исследований в России

Первое исследование близнецов было проведено в 1900 году С. А. Сухановым. Он изучал особенности развития психоза. В дальнейшем в 30-е годы ХХ века такими исследованиями начали существенно заниматься в Медико-биологическом институте. Этот метод стал ключевым в сфере генетической психофизиологии. В 1972 году в связи с этим была открыта первая лаборатория, где близнецовый метод генетики был центральным для изучения вопросов генетической наследственности.

Основным направлением исследований Медико-биологического института было изучение роли влияния генетики и среды на этиологию болезней. Сотрудники непосредственно занимались изучением таких болезней, как: бронхиальная астма (Н. Н. Малкова), Базедова болезнь (И. А. Рывкин), язва желудка и двенадцатиперстной кишки (А. Е. Левин), диабет (С. Г. Левит). Исследователи института получили довольно интересные данные о влиянии наследственности на формирование психофизиологических особенностей в детском возрасте (Л. Я. Босик), особенностей распределения показателей на электрокардиограмме (И. Б. Кабаков)

Здесь также было уделено большое внимание разработке математико-статистического аппарата для анализа результатов по близнецовому методу исследования (М. В

Игнатьев).

При институте проводились изучение наследственной обусловленности когнитивных функций (разных видов памяти, психического развития, внимания, интеллекта). Главным образом исследователи изучали особенности активного влияния на человека посредством обучения. Для этого чаще всего использовали метод контрольного близнеца, с помощью которого проверялась эффективность методов обучения на другом (экспериментальном) испытуемом (грамота, развитие деятельности дошкольника и другие). Результаты таких исследований показали, что тренировка повторения наглядных манипуляций с объектами не давала ожидаемого эффекта на скорость обучения дошкольников и не развивала деятельность ребенка дошкольного возраста.

Такие отечественные исследователи, как Т. А. Пантелеева, И. В. Равич-Щербо, Г. А. Шибаровская и Т. В. Василец, занимались изучением отличий в свойствах нервной системы близнецов. Изучение сонорно-моторных реакций стало предметом исследований для Т. А. Пантелеева и С. Б.Малых. Исследованием психологических отличий близнецов занимались в основном В. В. Семенов, Н. В. Искольдский и другие.

Примеры исследований

Пример №1

Психогенетическое исследование: изучали индивидуальные различия в проявлении способностей к различным предметам школьной программы. Выявили, что 40%-60% этой способности наследуется. Приблизительно такой же расклад относительно способностей к математике.

Пример №2

Исследование Юлии Ковас. Участвовали 13 тысяч близнецов 9–16 лет из нескольких стран. Темой исследования была мотивация к обучению в школе: почему дети хотят или не хотят учиться, и почему одни предметы вызывают интерес, а другие нет.

Было выявлено, что у монозиготных близнецов, выросших в одной семье и учащихся в одном классе школы, степень мотивации к учебе может быть разной. Из этого исследовательница сделала вывод, что не только семья и школа влияют на желание детей учиться, но и множество субъективных факторов самой личности. Также было выявлено, что генетика тоже влияет на мотивацию.

Пример №3

Особенности

Фактор среды развития

Исследование в традиционном случае основано на утверждении, что среда влияет на оба вида близнецовых пар одинаково. Поэтому их качества определяются преимущественно генетикой.

Позднее появились работы другого характера, в которых такая точка зрения (об одинаковом влиянии среды на моно- и дизиготных близнецов) ставилась под сомнение. В них утверждается, что у монозиготных пар близнецов влияние среды более схоже, чем у дизиготных.

Исследования продолжаются в двух направлениях:

1. Одни ученые учитывают индивидуальные факторы влияния внешней среды и внутрипарной на каждого из близнецов.
2. Другие не учитывают своеобразие среды у разных видов близнецовых пар и исследуют их только с точки зрения генетики (ее преобладающего влияния). То есть в случае, когда их тесты или опросники показывают, что какой-то признак больше свойствен монозиготной паре, они делают вывод, что пара его унаследовала генетически.

Сторонники своеобразия сред основываются на различиях в пренатальном и постнатальном периодах развития моно- и дизиготных близнецов. 

В пренатальном периоде развития

Определение

Пренатальное развитие — это внутриутробное развитие плода с момента зачатия до рождения.

На этом этапе уже выявляются некоторые различия в развитии представителей пары близнецов. Но одни ученые считают этот факт оказывающим влияние на последующее развития разных качеств личности этих близнецов: эти различия не генетические, но влияют. А другие считают, что влияние это незначительное, и вовсе его не учитывают. Считают, что незначительные различия в пренатальном периоде не искажают картины наследуемых психологических признаков. 

В постнатальном периоде развития

Определение

Постнатальное развитие — период от момента рождения до смерти.

О том, как сильно влияет на становление черт личности испытуемых разница в их постнатальном развитии, ученые спорят намного сильнее. Можно сказать, что они учитывают только постнатальный период. Потому что в это время сильно влияние родителей и общества, а также взаимоотношений между самими близнецами в паре. Все эти факторы либо явно усиливают сходство между партнерами-близнецами, либо их различия в развитии. 

В целом, монозиготных близнецов окружающие в большей степени воспринимают как одно целое, отмечая больше их сходства. Родители тонко подмечают различия и настраивают каждого на ту или иную роль в паре, которую ребенок и привыкает исполнять.

У дизиготных другая ситуация — постоянно подчеркиваются их различия и родными, и посторонними людьми. Вплоть до духа соперничества. К тому же исследования показали, что родители обращаются с монозиготными детьми более схоже, чем с дизиготными. Это доказывает, что среда влияет по-разному на разные типы пары близнецов.

Фактор отсутствия различий у испытуемых

Близнецовый метод предполагает рассмотрение пары близнецов на предмет наличия изучаемого признака. Он будет либо выявлен у обоих представителей пары, либо только у одного. 

1. В первом случае (признак выявлен у обоих близнецов) эта пара называется конкордантная. То есть полное сходство.
2. Если признак выявляется только у одного из близнецов пары, то она дискордантная (присутствуют различия).

Когда в сопоставлении участвуют и дизиготные пары, и монозиготные, выявляется степень их конкордантности, то есть схожести. На основании этого выявляется коэффициент схожести, который дает возможность сделать вывод, насколько на изучаемый признак влияет наследственность. При этом учитывается, что схожесть монозиготных близнецов заведомо выше именно по причине их большей генетической схожести.

Если различий в проявлении признака между моно- и дизиготными близнецами не обнаруживается, то считается, что этот признак определяется в основном факторами внешней среды, а не наследственными.

Если неверно будет выявлена зиготность близнецовых пар или неверно учтено влияние среды, тогда результаты изучения не смогут отразить, насколько по-настоящему тот или иной признак определяется генетикой. А значит, не будет помогать в решении важнейших вопросов, касающихся человеческого организма и психики.

Источники смешения влияния переменных

Распространенный источник ошибок при применении метода — отсутствие поправок на среду. Путем исследований было выявлено, что родители не одинаково относятся к каждому представителю пары при условии явных внешних отличий.

Монозиготные близнецы внешне идентичны, поэтому вызывают у родителей схожие эмоции и, следовательно, отношение.

А в случае с дизиготной парой родители воспитывают детей по-разному, так как замечают и реагируют на внешние отличия.

Этот фактор может искажать результаты исследования.

Неточности могут возникнуть и по причине ошибочного определения уровня генетического сходства.

В таком случае исследователь сделает неправильный вывод по итогу, так как изначально будет располагать ложной информацией.

§ 38. Изучение наследственности и изменчивости человека

Основные  закономерности наследственности и изменчивости, установленные для живых организмов, носят универсальный характер, а значит, применимы и к человеку. Однако как объект генетических исследований человек имеет свою специфику. Так, для человека характерны медленная смена поколений, небольшое количество потомков в семьях и сложный кариотип, включающий 23 группы сцепления. Кроме того, у людей нельзя экспериментально вызывать мутации, применять к ним гибридологический метод (т. е. осуществлять направленные скрещивания). Эти и другие особенности затрудняют изучение наследственности и изменчивости человека.

Тем не менее в связи с исключительной практической значимостью, благодаря использованию разнообразных методов исследований, генетика человека на сегодняшний день достигла существенных успехов. Важнейшими методами изучения наследственности и изменчивости человека являются следующие.

Близнецовый метод, *введенный английским ученым Ф. Гальтоном в 1876 г.,* заключается в сравнительном изучении признаков у близнецов. Различают дизиготных (разнояйцевых) и монозиготных (однояйцевых) близнецов.

Если в организме женщины одновременно созрели две яйцеклетки, которые далее были оплодотворены разными сперматозоидами, из образовавшихся зигот развиваются дизиготные близнецы. Они обладают различными генотипами. Поэтому разнояйцевые близнецы похожи друг на друга не более чем обычные братья или сестры, причем они могут быть как одного пола, так и разнополыми.

Монозиготные близнецы, как вы уже знаете, развиваются из одной зиготы, которая в ходе дробления дает начало двум или более эмбрионам. Следовательно, эти близнецы имеют одинаковый генотип. Поэтому они всегда одного пола, обладают поразительным внешним сходством, имеют одинаковые отпечатки пальцев, кровь одной и той же группы и т. д.

В человеческих популяциях близнецы рождаются с частотой около 1 %, из них примерно  составляют однояйцевые. Для изучения наследственности и изменчивости человека монозиготные близнецы представляют особый интерес. Сходство однояйцевых близнецов обусловлено идентичностью генотипов (см. рис. 36.2). В то же время отличия, которые проявляются между ними в ходе онтогенеза, связаны прежде всего с разными условиями жизни (питание, профессиональная деятельность, образ жизни, климат и др.). Таким образом, изучение монозиготных близнецов позволяет определить роль генотипа и условий окружающей среды в развитии тех или иных признаков человека.

Исследования разлучённых пар

Научная литература описывает почти 130 близнецовых пар, которые в силу тех или иных причин жили и воспитывались по отдельности.

Анализ сходств и различий внутри пары продемонстрировал неоднозначные результаты. Если отталкиваться от теорий, утверждающих, что наследственность является базисом для формирования психических структур, поведенческие сходства близнецов должны объясняться именно ею. Однако изучение семей, в которых воспитывались представители пары, показало, что социальная среда часто не имела принципиальных различий. Таким образом, общность некоторых психологических признаков могла и не иметь генетической природы.

Методы в генетике человека: близнецовый метод

Исследование генетических закономерностей на близнецах. Монозиготными близнецами называют индивидов, выросших из одной зиготы, т. е. обладающих идентичными генотипами. Дизиготные близнецы развиваются вследствие оплодотворения двух яйцеклеток, имеющих с генетической точки зрения, 50 % общих генов, т. е. сходные как братья и сестры.

При близнецовом методе исследования проводят сопоставление монозиготных близнецов с дизиготными, а также монозиготных близнецов. При диагностике близнецовости используют метод сходства (сопоставление по внешним морфологическим признакам — пигментация кожи, волос, форма носа, губ, ушных раковин и т. д.), а также анализируют некоторые моногенные признаки — эритро- и лейкоцитарные антигены, группа белков крови, группы крови и т. д.

Какой-либо качественный признак (заболевание) может встречаться у обоих близнецов (конкордантность) или у одного из них (дискордантность). Сопоставление степени парной конкордантности у моно- и дизиготных близнецов дает приблизительный ответ на вопрос о соотношении роли наследственности и среды в развитии заболевания. Если доминирующую роль в возникновении заболевания играет наследственность, то конкордантность у монозиготных близнецов выше, чем у дизиготных.

Если в развитии болезни определенную роль играют негененетические факторы, то один из монозиготных близнецов может быть больным, другой здоровым. Следует все же учитывать, что определение роли среды и наследственности с помощью близнецового метода в формировании того или иного заболевания является сложным вопросом и требует более детального рассмотрения. Поэтому здесь следует упомянуть о недостатках близнецового метода, имеющих много биологических и социальных причин.

Классический близнецовый метод: в этом случае используется такая схема эксперимента, при которой выраженность исследуемого признака сопоставляется в парах и близнецов и оценивается уровень внутрипарного сходства партнеров.

Метод контрольного близнеца: этот метод используется на выборках МЗ близнецов. Так как МЗ близнецы весьма сходны по многим признакам, то из партнеров МЗ пар можно составить две выборки, уравненные по большому числу параметров. Такие выборки используют для исследования влияния конкретных средовых воздействий на изменчивость признака. При этом отобранная часть близнецов (по одному из каждой пары) подвергается специфическому воздействию, другая же часть является контрольной группой. Поскольку в эксперименте участвуют генетически идентичные люди, то этот способ можно считать моделью для изучения воздействия различных средовых факторов на одного и того же человека.

Лонгитюдное близнецовое исследование: в этом случае проводится длительное наблюдение одних и тех же близнецовых пар. Фактически это сочетание классического близнецового метода с лонгитюдным. Широко используется для изучения влияния средовых и генетических факторов в развитии.

Метод близнецовых семей: является сочетанием семейного и близнецового метода. При этом исследуются члены семей взрослых близнецовых пар. Дети МЗ близнецов по генетической конституции являются как бы детьми одного человека. Метод широко используется при изучении наследственных причин ряда заболеваний.

Исследование близнецов как пары: предполагает исследование специфических близнецовых эффектов и особенностей внутрипарных отношений. Используется как вспомогательный метод для проверки справедливости гипотезы о равенстве средовых условий для партнеров МЗ и ДЗ пар.

Основная проблема метода

Самой важной проблемой считается подборка испытуемых по показателям фенотипа, то есть распределение по  группам: монозиготных или дизиготных

Монозиготные

Определение

Монозиготные близнецы (или идентичные\гомозиготные\однояйцовые) — рождены от одной яйцеклетки и сперматозоида, когда зигота поделилась пополам на две идентичные дочерние части.

Такие близнецы являются естественными клонами. Имеют идентичную генетику: 100% генов у них совпадает. Они всегда одного пола, отличаются портретным сходством внешности (почти идентично выглядят), у них одинаковая группа крови. Развиваются в утробе в одной плаценте.

Около 25% из них имеют особую отличительную черту идентичности — «зеркальность». То есть  какие-то детали внешности или внутренние органы у них расположены на противоположных сторонах (родинки на разных щеках, сердце у одного справа, у другого слева, один из них может быть правшой, а другой левшой).

Примечание

Именно однояйцовые близнецы иногда рождаются каспофагами или «сиамскими» (самая известная пара родилась в Сиаме), то есть сросшимися какими-то частями тела.

Дизиготные

Определение

Дизиготные близнецы — результат многоплодной беременности, возникшей вследствие оплодотворения двух и более яйцеклеток и развития двух или более плодов.

Набор их генов находится в таком же соотношении, как у обычных братьев и сестер: 50% общих генов. Они могут быть разного пола и\или непохожи друг на друга. Но развивались изначально они вместе и в одно время и пренатально, и постнатально, чем и отличаются от обычных одиночнорожденных братьев и сестер.

Распределение по группам

Есть специальные методы распределения двух видов близнецовых пар.

1. Полисимптомный. Был предложен г.Сименсом в 1924 году. Заключается в сравнении по внешним показателям: форме носа, ушей, бровей, разрезу глаз и т.д. Этот метод считается удобным, но не достаточно надежным.
2. Иммуногенетический. Сравниваются группы крови, белки сыворотки крови и другое. Считается, что если все показатели из этого метода совпадают, то пара близнецов точно монозиготная.
3. По приживляемости кусочков кожи. У дизиготных близнецов пересаженная кожа всегда отторгается.
4. Дерматоглифика. Сравниваются папиллярные узоры пальцев, ладоней и стоп. Хотя это и индивидуальная характеристика, но у монозиготных близнецов процент схожести более высокий.
5. Совпадение изучаемого признака: если проявляется у обоих — близнецы однояйцовые, или только у одного — дизиготные.

Сложность в том, что, несмотря на большое количество методов, ни один из них не дает 100% гарантии по типу зиготности пары.

Широкие горизонты системной иммунологии

Так получилось, что оба упомянутых в статье стипендиата работают над задачами, связанными с репертуаром Т-клеточных рецепторов. Но это далеко не единственная область иммунологии, где применяются методы системной биологии. Одни ученые собирают и упорядочивают информацию о сигнальных путях иммунных клеток — чтобы использовать ее при анализе разнообразных омиксных данных. Другие строят математические модели, описывающие поведение лимфоцитов. Третьи используют технологии «распознавания образов» (image recognition) для того, чтобы углубить наше знание о взаимодействии иммунных клеток. И это далеко не полный перечень тем и подходов, которые используют иммунологи сегодня. Своими соображениями о будущем системной иммунологии и самых интересных задачах, стоящих перед этой наукой, с нами поделился старший научный сотрудник ИБХ РАН Иван Звягин (рис. 4):

, с.н.с. отдела геномики адаптивного иммунитета ИБХ РАН и зав. лабораторией механизмов иммунотолерантности НИИ трансляционной медицины РНИМУ им. Н.И. Пирогова

«В современной иммунологии есть интереснейшие направления, где алгоритмы анализа больших “иммунологических” и вообще “биологических” данных играют главенствующую роль, так как на их основе можно создавать инструменты, предсказывающие те или иные иммунологические явления и позволяющие манипулировать иммунным ответом в нужном направлении.

В частности, на данный момент мы плохо понимаем, каким образом в каждом конкретном случае происходит связывание Т-клеточного рецептора с комплексом пептид—МНС (pMHC, peptide-loaded major histocompatibility complex), которое приводит к активации Т-лимфоцитов.

Если мы научимся предсказывать силу связывания TCR с тем или иным pMHC на основе их аминокислотных последовательностей, это позволит понять, чем определяется иммуногенность того или иного антигена. В сочетании со знаниями о закономерностях формирования репертуара распознающих рецепторов, это даст возможность разработать алгоритмы для предсказания оптимальных эпитопов для выработки нужного иммунного ответа против новых инфекций или терапии опухолей, оценки риска распознавания “своего” и рационального дизайна узнающей части рецепторов при совершенствовании способов клеточной терапии (например CAR-T-терапия ).

С другой стороны, те же алгоритмы будут задействованы и в направлении создания неиммуногенных вариантов белковых последовательностей, когда это важно — например при генотерапии. Ответы на все эти вопросы — дело ближайшего будущего

Полученные данные и созданные алгоритмы в дальнейшем позволят разрабатывать способы рационального дизайна иммунной системы, исходя из особенностей конкретного человека, с целью снижения риска развития заболеваний и увеличения продолжительности активной жизни»

Ответы на все эти вопросы — дело ближайшего будущего. Полученные данные и созданные алгоритмы в дальнейшем позволят разрабатывать способы рационального дизайна иммунной системы, исходя из особенностей конкретного человека, с целью снижения риска развития заболеваний и увеличения продолжительности активной жизни».

Преимущества близнецового метода

Существует множество научных позиций по поводу эффективности близнецового метода. Некоторые исследователи склонны считать его невалидным, однако история его применения в практике говорит сама за себя. Совокупность всех психофизиологических методов вместе с этим делает возможным решить довольно широкий спектр вопросов. Поэтому близнецовый метод используется в сфере общей, дифференциальной, возрастной, педагогической психологии. Также он применяется во многих других отраслях, которые не связаны с психологическими исследованиями (генетика, физиология, биология и другие). Близнецовый метод исследования, несмотря на критику, является широко применяемым во многих областях науки и позволяет выявить индивидуально-психологические отличия и ключевые детерминанты психологического развития личности.

Близнецовый метод: основные проблемы

Исследования с участием близнецов часто сопряжены с проблемами, касающимися влиянием внешних факторов, но основной трудностью является подбор участников экспериментов — моно- или дизиготных. Проблема обусловлена, в основном, недостаточной урегулированностью правовых вопросов относительно доступа к реестрам близнецов. В США, странах Западной Европы при рождении детей в парах их вносят в специальные списки, а у родителей сразу же запрашивают разрешение на участие в исследованиях.

В странах бывшего Союза такой практики нет. У ученых нет доступа к официальным данным о близнецах, поэтому пригласить их к участию в исследовании бывает очень непросто.

Монозиготные

Монозиготными или однояйцевыми близнецами называют тех, кто родился в результате оплодотворения одной яйцеклетки и одного сперматозоида и последующего разделения зиготы на две полностью одинаковые части.

Однояйцевые близнецы — естественные клоны. Их пол и генетический набор, группа крови совпадает. Внешность у монозиготных близнецов тоже практически одинаковая — различия заметить очень трудно. Внутриутробное развитие происходит в пределах одной плаценты.

Приблизительно у четверти монозиготных близнецов имеется такая особенность, как зеркальность. Это можно заметить по тому, что у них родинки расположены на противоположных частях тела. При обследовании часто обнаруживается противоположное расположение внутренних органов.

Сиамские близнецы, родившиеся сросшимися — всегда однояйцевые.

Дизиготные

Близнецы, которых называют дизиготными (двойняшками) рождаются в результате оплодотворения нескольких яйцеклеток разными сперматозоидами. Внутриутробное развитие происходит в пределах разных плацент.

Генетический набор дизиготных близнецов не идентичный. Он, так же как и у детей, родившихся от разных беременностей, совпадает только на 50%. Рожденные в дизиготной паре не похожи внешне, могут быть разнополыми.

При этом двойняшки проходят одновременное развитие до рождения и после появления на свет. Поэтому они отличаются от детей, рожденных в одной семье от разных беременностей.

Распределение по группам

В экспериментальной психологии применяются методики распределения пар близнецов в зависимости от того, какой именно параметр планируется изучать и в каком объеме.

Например, для исследования уровня вербального интеллекта могут быть задействованы близнецы из разных групп:

• те, у которых партнеры погибли в период внутриутробного развития;
• чьи партнеры умерли в детстве;
• те, которые воспитывались вместе.

Формирование таких групп дает возможность подтвердить или опровергнуть гипотезу о том, что ситуация, в который развиваются близнецы, отражается на их речевом развитии.

При формировании групп ученые всегда акцентируют внимание на том, что чем более точно поставлена цель эксперимента и правильно подобраны участники, тем более точные данные удастся получить

Предыстория

Ф. Гальтон был первым, кто основал этот метод в 1875 году. В своей статье об истории близнецов как критерии относительности в культурном и генетическом подходах он рассматривал их как инструмент исследования с целью нахождения индивидуальных отличий в разрезе влияния биологических факторов и факторов окружающей среды на формирование личности. Однако до него были высказаны некоторые мысли о таком методе исследования. После выхода его статьи научные сотрудники всего мира подвергли критике его позицию, намекая на «глубокие логические изъяны» его теории. Сходства внешние (биологические) и внутренние (психологические) трудно разделить по природе их формирования и утверждать, под следствием чего формируется тот или иной признак. Роль наследственности и социальной среды в формировании личности – вот тот проблемный аспект, ради которого был изобретен близнецовый метод исследования.

Уже с середины 20-х годов ХХ столетия психологи стали разрабатывать и использовать усовершенствованные механизмы и методы исследования близнецов. Основной нововведенный способ заключается в сравнении свойств однояйцевых и двуяйцевых пар. При сравнении, если однояйцовые близнецы более схожи по изучаемому личностному свойству, чем двуяйцовые, то, вероятнее всего, эта черта в большей степени передается по наследству. Такие исследования применяются все чаще, а поле проблем достаточно велико.

Результаты и выводы

Оценивая результаты исследования, изначально учёные руководствовались допущением, согласно которому влияние среды является равным для однояйцевых и дизиготных близнецов. Тем не менее, проводимые мероприятия установили, что характер развития внутри монозиготных и двуяйцевых пар отличается.

Подобный вывод делает необходимым специальный анализ переменных, благодаря которым формируются исследуемые параметры, то есть свойства психики. Однако учёные часто не совпадают в подборе методик, материала, по-разному оценивают достоверность результатов. Эти факторы делают различные исследования несопоставимыми.

Несмотря на обозначенные выше минусы, близнецовый метод по-прежнему остаётся наиболее оптимальным средством для изучения проблемных аспектов психогенетики. Также этот метод позволяет рассмотреть понятие среды с разных точек зрения, разнообразит исследовательские методики социальной психологии, психодиагностики и психологии личности.

Новые знания способствуют развитию разума. Человек учится всю жизнь, и это делает его лучше. А чтобы новые знания лучше усваивались, необходимо постоянно тренировать мозг. Тренажеры Викиум дают мозгу полезную нагрузку и улучшают его функции.