Наследственность и развитие организма: о чем стоит знать

Способность живых организмов передавать неизменными свои особенности другим поколениям называется наследственностью. Еще в древние времена высказывались гипотезы о существовании преемственности между родителями и детьми. Когда же была создана структурная модель ДНК, развитие генетики позволило строить более смелые предположения и уверенно их обосновывать.

Как связаны наследственность и развитие организма? Правда ли, что музыкальные способности заложены на генетическом уровне? Как узнать, является ли человек носителем редкого заболевания? На эти и многие другие вопросы отвечает генетика. Она же позволяет развеять многие сомнения, связанные с особенностями развития человека.

Наследственность и генетика

Ученые определяют наследственность как передачу внутренних и внешних особенностей живых организмов из поколения в поколение. Подобное происходит путем передачи клеток, содержащих генетическую информацию.

Эукариоты, то есть живые существа, в клетках которых имеется ядро, транслируют наследственность через гены, содержащиеся в хромосомах и ДНК.

Несмотря на принадлежность к одному и тому же виду, родственные особи все же отличаются друг от друга, обладая персональными отличительными особенностями и внешними признаками. Последние, к слову, тоже могут быть переданы от родителей к детям. Такой процесс получил название наследование. Именно его, а также наследственную изменчивость изучает наука генетика.

Первые теории о генетической преемственности были сформулированы еще Гиппократом, Аристотелем и Демокритом. Однако научное подтверждение они получили лишь в середине XIX века, когда Грегор Иоганн Мендель провел опыты по скрещиванию гороха, в результате которых вывел гибридный вид.

Носители наследственности

ДНК представляет собой длинную полимерную молекулу, состоящую из двух спиральных цепочек повторяющихся блоков, называемых нуклеотидами. Именно они кодируют определенные гены.

ДНК содержится в клеточном ядре, а порой и в других участках клеток – митохондриях и хлоропластах. В безъядерных клетках прокариот молекула ДНК хранится на клеточной мембране.

Генетика выделяет функциональную и структурную единицу наследственности, так называемый ген. Он принимает активное участие в делении клеток и кодирует первичную структуру одного белка, закладывая таким образом информацию об определенном признаке или функции организма.

Аллели – это разные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках хромосом. Именно они определяют различия во внешних признаках особей одного и того же вида. Один или сочетание нескольких аллелей формирует генотип, то есть личностные особенности каждого организма, благодаря чему и существует разнообразие внутри видов.

В ядре эукариотической клетки находятся структуры, содержащие большую часть наследственной информации, они называются хромосомы. Для любого вида всех живых организмов существует собственный набор, определяемый как кариотип.

Например, у человека 46 хромосом. Из них 22 пары, то есть 44 единицы – это аутосомы, и 1 пара – половые хромосомы. У особей женского пола это хромосомы XX, мужского – XY.

Количество хромосом не влияет на развитие организма. В противном случае курица была бы умнее человека, ведь в структуре ее ДНК содержится 77 пар хромос. А вот у известной мушки-дрозофилы, которая чаще всего становится жертвой генетических экспериментов, их всего 4.

Влияние наследственности на развитие организма

Есть люди, которые не просто хорошо умеют делать что-либо, а имеют к этому врожденный талант. Их мы называем одаренными. Это означает, что способности человека в определенной области были заложены в нем еще с самого начала его существования в утробе матери. Однако не всегда подобные таланты могут быть замечены сразу. Часто отсутствие возможностей для их реализации не позволяет им проявляться. Уже в осознанном возрасте индивид может узнать о наличии у него врожденных способностей к какому-то виду деятельности.

Тем не менее и в раннем возрасте может быть явно выражены таланты человека. К примеру, Вольфганг Амадей Моцарт уже в 5 лет проявил способность к написанию музыкальных произведений. Безусловно, этому во многом потворствовала и та сфера, в которой он рос и воспитывался: отец композитора был придворным скрипачом.

Поэтому, если ребенок проявляет искреннее желание заниматься каким-либо видом деятельности, нужно дать ему возможности для развития. Можно и разнообразить его досуг, предлагая то или иное занятие. Вероятность выявления генетической предрасположенности в этом случае довольно высока.

Наследственность и развитие способностей

Каждому человеку присущи признаки, полученные им либо в процессе наследования от родителей, либо сформированных в результате его развития как личности. Именно их сочетание обеспечивает уникальность индивида и его непохожесть на своих родственников.

Индивидуальные особенности человека возникают вследствие влияния генов и различных внешних воздействий, определяющих его способности. Сегодня существует возможность узнать о наличии генетически заложенных талантов с применением специальных тестов.

Гены влияют на музыкальные способности

Ученые смогли выявить ген, отвечающий за присутствие абсолютного слуха у человека. Это ASAP1, который участвует в обмене веществ, проходящем через клеточную мембрану, и вносит свой вклад в ремоделирование клеточного скелета.

Абсолютным считается слух человека, который безошибочно угадывает и повторяет ноты без применения знакомых звуков. Талант можно развить, посещая занятия в музыкальной школе или училище.

Память и IQ

В ходе исследований, продолжающихся в с 1970-х по 1990-е годы, американским ученым удалось выяснить, что уровень IQ зависит от наследственности на 70 %. В частности, ген PLXNB2 активно участвует в развитии мозга эмбриона, а потому является ответственным за уровень интеллекта.

Важной является способность человека запоминать большое количество информации. Воздействуя на отдельные нейроны нервной системы человека, ген BDNF позволяет формировать долговременную память. А вот некоторые варианты гена APOE, наоборот, могут спровоцировать нарушения памяти и развитие болезни Альцгеймера. Здоровые люди запоминают информацию по-разному, и на характер этих процессов влияет разновидность гена KIBRA.

Гены влияют на спортивные способности

Существуют комбинации генов, которые определяют деятельность сердечно сосудистой, нервной и эндокринной систем организма. А потому их влияние на силу и выносливость человека неоспоримо.

Различные исследования показали, что степень физической силы спортсменов на 50 % зависит от влияния особых генов; способность совершать прыжки в высоту – на 49 %; максимальная сила сжатия рукоятки динамометра – на 59 %.

Телосложение человека и его физические характеристики определяются геном PPARA. Именно он влияет на развитие клеток и скорость метаболизма. А ген VEGFR2, который играет важную роль в процессе развития клеток эндотелия сосудов, отвечает за выносливость индивида.

Генетика и характер

Воздействию различных генов также подвержена и психика человека. Помимо физических, генетика изучает и поведенческие аспекты личности. Проводимые исследования показали, что наследственность играет значительную роль в становлении характера и психических особенностей индивида. В частности, были выявлены гены, провоцирующие развитие депрессии, шизофрении, вызывающие биполярное расстройство.

Кроме того, определенный набор генов человека на 40-60 % влияет на формирование типа его личности, делая из него экстраверта или интроверта.

Если совместить особенности, переданные по наследству, желание развивать заложенные способности и усилия, прилагаемые для этого, результат получится очень эффективным.

Развитие способностей, не заложенных генами

Нельзя однозначно утверждать, что достижение успехов возможно в независимости от генетической предрасположенности. Подтвердить подобное предположение можно на примере ямайских спринтеров. Усэйн Болт и Элейн Томпсон получили звание олимпийских чемпионов и по праву считаются самыми быстрыми людьми во всем мире.

Изучение молекулы ДНК ямайский бегунов доказало наличие гена скорости, который ученые определили как ACE. Он в несколько раз повышает вероятность развития сердца, размерами больше среднего, что в свою очередь способствует ускоренной перекачке крови с большим содержанием кислорода в мышцы.

Статистика показывает, что 75 % жителей Ямайки, в том числе не занимающиеся спортом, имеют ген ACTN3. Среди профессиональных спортсменов Соединенных Штатов только 70 % являются носителями гена, развивающего силу мышц.

На самом деле определить, имеются ли у человека спортивные таланты, переданные путем наследования, очень сложно.

Ученые, занимающиеся исследованиями в области спорта, отмечают, что наиболее вероятным является тот факт, что задействован целый ряд генов, отвечающих за передачу способностей, а не отдельный их вид.

В частности, биологу Яннису Питсиландису из Университета Глазго не удалось выявить генетическую подгруппу, которая определяла бы скорость ямайских бегунов. По его мнению, высокий процент быстрых спринтеров в стране объясняется увлечением ее жителей именно таким видом спорта, наряду с тем как США поощряет футбол.

Другой пример – математические способности, благодаря которым человек легко справляется с различными задачами и головоломками. В этом случае нет никаких обоснованных подтверждений, что подобный талант закладывается на генетическом уровне. И хотя английские ученые, оценивая результаты проведенного исследования близнецов, допускают возможность их наследования, конкретный вариант ответственного гена на сегодняшний день не определен.

То же самое касается и музыкальных талантов. Невролог Мириам Мосинг из шведского Каролинского института инициировала исследования 10 000 близнецов. В результате был получен ответ, что существует 70 % вероятности наследования человеком стремления заниматься музыкой. По мнению многих ученых, достижения человека в музыкальной области связаны с его личным стремлением, заложенным на генетическом уровне. Тем не менее прямой взаимосвязи, как и вида особого гена, выявлено не было.

Наследственность и заболевания

Вероятность передачи различных заболеваний на генетическом уровне так же высока, как и наследование внешних признаков родителей. Но современная генетика умеет распознать предпосылки и избежать этого благодаря специально разработанной методике.

Все болезни, передаваемые генетически, можно разделить на группы:

• Хромосомные болезни. Они связаны с изменением количества или структуры хромосом. Примером заболевания служит гемофилия, которой подвержены мужчины, и передается оно с X-хромосомой.

• Мутационные заболевания, проявляющиеся из-за видоизменения одного из генов. Как, например, болезнь Альцгеймера, фенилкетонурия, отдельные виды атеросклероза.

• Болезни, возникающие в результате взаимодействий генов и различных факторов окружающей среды. Последние являются предпосылкой к развитию заболевания, а участвующие гены увеличивают шансы. Примерам может служить большинство психических отклонений.

Существуют различные способы узнать о генетической предрасположенности к разного рода заболеваниям.

Во-первых, изучая родословную. Многие родители прибегают к помощи врача-генетика, чтобы с его помощью определить вероятность рождения ребенка с генетической болезнью. Процесс составления родословной достаточно емкий и сложный. Базируется он на основе имеющихся историй болезней всех известных родственников.

Врач будет учитывать очень многие важные факторы:

• случаи бесплодия или выкидышей в семье;

• рождение детей с пороками развития как в физическом, так и в психическом плане;

• наличие родственных браков;

• случаи тяжелых болезней, которые повторяются в разных поколениях.

Если наследственные заболевания в роду имеют место, тогда генетик сможет определить частоту и способ их передачи, а также степень риска проявлений у будущего ребенка. Если данный показатель окажется высоким, врач даст рекомендации по своевременному обнаружению болезни. Как правило, подобные исследования проводятся до зачатия малыша и на протяжении беременности матери.

Такой метод, как кариотипирование, то есть составление карты хромосом родителей, позволяет выявить перестройки в их наборе. Что это значит? В процессе деления часть одной хромосомы может перейти на другую. И, если ребенок унаследует именно такую, где не хватает "кусочка" или имеется лишний, тогда опасность для его жизни резко возрастет. Кариотипирование проводится и папе и маме, так как малыш наследует по половине хромосом каждого из родителей. Если обследование покажет наличие подобных перестроенных хромосом, есть возможность предотвратить рождение больного ребенка.

УЗИ, которое проводится на 11-12 неделе беременности, помогает обнаружить пороки развития плода, указывающие на наследование хромосомной патологии. В частности, синдром Дауна врач может заподозрить, если воротниковая зона малыша утолщена на 30 %. Но УЗИ лишь предполагает такую вероятность, а подтвердить либо опровергнуть диагноз возможно, прибегнув к другим методам исследования:

• биопсия хориона – это анализ клеток плаценты;

• амниоцентез – изучение околоплодных вод;

• кордоцентез – исследование крови малыша, взятой из пуповины.

На 20-22 неделе беременности маме повторяют УЗИ, которое уже с большей точностью может определить наличие внешних и внутренних отклонений в развитии плода. Исследование на 30-32 неделе помогает обнаружить задержки в формировании малыша.

Регулярно мать сдает кровь на биохимический анализ, и если он показывает изменение концентрации белков, это может указывать на хромосомную патологию и порок развития ребенка.