Концепція близнецового методу
Оскільки МОЗ близнюки розвиваються з однієї зиготи і, отже, генетично ідентичні, все спостерігаються відмінності в їх фенотипах повинні пояснюватися виключно середовищні причинами. Тому, щоб визначити, якою мірою мінливість ознаки детермінована генетичними факторами, здавалося б, досить виміряти рівень подібності МОЗ близнюків. І це дійсно було б так, якби з моменту народження МОЗ близнюки були розлучені і виховувалися в різних середовищах. Однак в більшості випадків такого не відбувається: близнюки виховуються в одній і тій же середовищі, тому, щоб якимось чином врахувати впливу загального середовища, в якості контролю використовують пари ДЗ близнюків, на яких фактор загального середовища діє в тій же мірі, як і на МОЗ близнюків, але зате загальних генів у ДЗ близнюків приблизно в два рази менше, адже по своїй генетичній конституції вони відповідають звичайним братам і сестрам. Відповідно рівень генетично обумовленого подібності ДЗ близнюків повинен бути нижче, як у більш віддалених родичів, ніж МОЗ
Ідея близнецового методу була сформульована Ф.Гальтона ще в 1865 р але остаточна його модифікація пов'язана з ім'ям Г.Сіменса. Саме він в 1924 р заклав основи використання близнецового методу в генетиці. По-перше, він розробив надійний метод діагностики зиготности, адже на око не завжди легко визначити, чи є близнюки МОЗ або ДЗ парою. Метод діагностики зиготности Г.Сіменса носить назву методу полисимптомного порівняння і передбачає оцінку подібності та відмінності близнюків за багатьма параметрами. Кожен з цих параметрів окремо може нічого не говорити про зиготности, але вимір їх в сукупності дозволяє проводити більш надійну діагностику. По-друге, Сіменс запропонував досліджувати не тільки МОЗ близнюків, але і використовувати ДЗ пари. Практично після його робіт принципи близнецового методу не зазнали значних змін.
Близнюковий метод в його класичному варіанті заснований на ряді припущень.
Перше і головне з них - це рівність середовищ для партнерів як в парах МОЗ, так і в парах ДЗ близнюків. Якщо мінливість ознаки цілком визначається середовищем, то і МОЗ, і ДЗ близнюки повинні мати за цією ознакою однаково високі внутріпарние кореляції, за величиною наближаються до 1,0. Якщо ж мінливість ознаки цілком залежить від генотипу, то коефіцієнт кореляції в групі МОЗ близнюків виявиться близьким до 1,0, а кореляція в групі ДЗ, очевидно, буде наближатися до 0,5 (це коефіцієнт спорідненості ДЗ близнюків), оскільки у ДЗ в середньому половина загальних генів. Так, в ідеалі, працює блізнецовий метод (табл.1).
Таблиця 1 - Теоретично очікувані кореляції між близнюками при генетичної та середовищної детермінації варіативності ознаки
А ось варіативність ознаки формується виключно в результаті адитивну взаємодію генів
На основі цієї схеми легко зрозуміти, як приблизно оцінюються показники h 2. c 2 і е 2 (успадкованого, загальної та різною середовища). Для оцінки показника успадкованого використовується формула Ігнатьєва: h 2 = 2 (RМЗ- RДЗ). Якщо підставити значення коефіцієнтів кореляції, то максимальний показник успадкованого, рівний 1, ми отримаємо в тому випадку, коли варіативність ознаки цілком визначається генами. У реальних ситуаціях таких високих коефіцієнтів практично не буває, оскільки варіативність ознаки визначається не тільки генами. але і середовищем, причому розрізняється середовище, як ми вже знаємо, дає досить істотний внесок в мінливість психологічних характеристик.
На основі коефіцієнтів кореляції між близнюками Р.Пломін запропонував оцінювати також і вклад параметрів спільної програми та различающейся середовища. Коефіцієнт кореляції МОЗ близнюків відображає їх генетичну і средовую спільність. Маючи в своєму розпорядженні коефіцієнтами кореляції, отриманими в групах МОЗ і ДЗ близнюків, ми можемо приблизно оцінити внесок основних компонентів в фенотипічну дисперсію ознаки, не вдаючись до складних математичних процедур, що потребують спеціальних комп'ютерних програм. Іноді дослідники обмежуються цими простими обчисленнями, але, як правило, тільки на першому етапі роботи.
Друге основне допущення близнецового методу - відсутність систематичних розходжень між близнюками і одіночнорожденнимі, інакше висновки, отримані в близнецовом дослідженні, не можна переносити на всю популяцію. Точно так само не повинно бути систематичних різниці між самими типами близнюків - МОЗ і ДЗ.
Для того щоб зрозуміти, яким чином оцінюється роль генотипу і середовища за даними, що отримуються блізнецовим методом, які його можливості і обмеження, розглянемо малюнок 1, на якому представлений найпростіший варіант моделі шляхів, тобто способу, що дозволяє схематично зобразити, яким чином генетичні і середовищні впливу визначають особливості фенотипу.
Малюнок 1 - Генетичні і середовищні чинники, що визначають схожість близнюків, які виховуються разом
У верхній частині малюнків 1а і 1б представлені ті параметри, які не реєструються в близнецовом експерименті. До них відносяться генотип, загальна середовище (те середовище, яка збігається у членів пари, наприклад, економічний рівень сім'ї, психологічні особливості батьків, спільні друзі) і розрізняється середовище (включає в себе те середовище, яке не збігається у членів пари, наприклад, різні захоплення, різне ставлення батьків, а також ковариация генотипу і середовища і помилка вимірювання). Генотип, загальна і розрізняється середовище є латентні змінні: ми тільки припускаємо їх існування, але не вимірюємо їх безпосередньо в процесі експериментального дослідження.
У нижній частині малюнків 1а і 1б (близнюк 1 і близнюк 2) показані параметри, які реєструються в дослідженні, - наприклад, показники інтелекту першого і другого близнюка. Стрілками показані шляхи від латентних змінних до досліджуваного психологічного параметру - ті впливу, які надають генотип, загальна і розрізняється середовище на досліджувану характеристику.
Як видно з малюнку, кореляції між членами МОЗ та ДЗ пар можуть визначатися генотипом і загальним середовищем. Якщо загальна середу однакова для партнерів МОЗ і ДЗ пар близнюків, то порівняння внутрипарного подібності МОЗ і ДЗ близнюків дозволить отримати цілком певну інформацію про роль генотипу і середовища в варіативності досліджуваної характеристики. Якщо постулат про рівність середовищних умов розвитку МЗ і ДЗ близнюків порушується, то оцінки компонент фенотипова дисперсії (успадкованого, дисперсії ефектів загальної та різною середовища) спотворюються.
Розглянемо тепер, в яких випадках такі спотворення можуть відбуватися.
По-перше, середовищні умови можуть збільшувати внутрипарное схожість МОЗ близнюків. У сім'ї часто створюють умови, що збільшують їх схожість (однаково одягають, дають схожі імена і так далі). Підкреслення подібності близнюків оточуючими може призводити до виникнення додаткового негенетического подібності між партнерами, що суперечить допущенню про рівність середовищ в МОЗ і ДЗ парах, оскільки для ДЗ близнюків таке підкреслення подібності менш характерно. Якщо ми вивчаємо ознака, мало чутливий до специфічних особливостей близнецовой середовища (наприклад, психофізіологічні характеристики), то такі похибки можуть не надати помітного впливу на схожість і відмінності близнюків. Якщо ж ознака чутливий до такого роду середовищним впливам, то блізнецовий метод виявляється мало придатний для його вивчення, тому що основне допущення про рівність середовищ виявляється невірним. Показник успадкованого, який вираховується для ознаки, чутливого до особливостей близнецовой середовища, буде завищеним, так як загальна середовище вноситиме більший внесок у подібність МОЗ близнюків, ніж в подібність ДЗ близнюків.
По-друге, середовищні умови можуть зменшувати внутрипарное схожість ДЗ близнюків. В цілому ряді досліджень показано, що середовищні умови розвитку мають тенденцію збільшувати відмінності ДЗ близнюків: батьки схильні акцентувати відмінність ДЗ близнюків (наприклад, успіхи в різних сферах діяльності); самі ДЗ близнюки прагнуть підкреслити свою несхожість (вибирають різні сфери діяльності, вважають за краще мати різних друзів). Це призводить до ефекту дисиміляції - поступового збільшення відмінностей ДЗ близнюків. Якщо досліджувана психологічна характеристика формується за участю сприяють дисиміляції середовищних особливостей, то показник успадкованого буде так само завищений, як і в першому випадку, оскільки загальна середу буде вносити менший внесок у подібність ДЗ близнюків, ніж в подібність МОЗ близнюків.
По-третє, умови розвитку можуть рівним чином зменшувати схожість партнерів і МОЗ, і ДЗ пар. Частина їх пов'язана з періодами внутрішньоутробного розвитку та пологів, частина - доводиться на постнатальний розвиток близнюків. Під час внутрішньоутробного розвитку дуже часто подвійне партнери опиняються в нерівноцінних умовах. Всі поживні речовини і кисень, що розвиваються плоди отримують через плаценту. Всі ДЗ близнюки і приблизно 1/3 МОЗ близнюків мають роздільні хоріона і плаценти. Решта 2/3 МОЗ близнюків мають загальні хоріон і плаценту. Їх називають монохоріоннимі близнюками (на відміну від МОЗ близнюків, що мають дві плаценти і два хоріона, яких називають діхоріоннимі). У плодових оболонках монохоріонних близнюків утворюються різні сполуки між судинними системами одного і другого близнюка. Їх називають шунтами. Найбільш небезпечні так звані артерио-венозні шунти, тобто з'єднання артерії одного близнюка з веною іншого. При цьому одному з близнюків може бракувати артеріальної крові, багатої киснем і поживними речовинами, а в іншого може бути її надлишок, що також не сприяє нормальному розвитку. Найчастіше виникає кілька приблизно рівних за потужністю шунтів, які компенсують один одного, але в деяких випадках компенсація буває недостатньою, і це призводить до того, що один з близнюків розвивається в умовах постійного дефіциту необхідних речовин. В результаті такі близнюки сильно відрізняються один від іншого при народженні, в першу чергу за вагою. Різниця у вазі при народженні може спостерігатися також у ДЗ близнюків і діхоріонних МОЗ. Така різниця може бути пов'язана з нерівномірним здавленням плацент при багатоплідній вагітності.
Другий етап розвитку, на якому також виникають обумовлені середовищем відмінності між близнюками - це процес пологів. Близнюк, народжується першим, проходить через непідготовлені пологові шляхи і має більший шанс отримати травму, але другий близнюк стикається з цілою низкою інших труднощів. Він частіше займає в матці неправильне положення (поперечне або тазове передлежання), і, щоб витягти його, лікарям частіше доводиться застосовувати штучне породіллі. Крім того, другий близнюк довше знаходиться в пологах і частіше відчуває кисневе голодування, що несприятливо позначається в першу чергу на розвиток центральної нервової системи. За даними статистики, смертність «друге» близнюків більше, ніж смертність «перших». Таким чином, відмінності в якості кровопостачання у внутрішньоутробному періоді і нерівноцінність умов при проходженні родових шляхів можуть привести до істотних середовищним відмінностей між близнюками відразу ж після народження.
Середовищні відмінності між близнюками виникають і в постнатальному періоді. навіть за умови виховання в одній родині, тобто здавалося б, при повній спільності середовища. До виникнення таких відмінностей найчастіше призводить упереджене ставлення батьків до кожного з близнюків. Якщо діти народилися з різницею у вазі, якщо один із близнюків більш ослаблений і т.п. то між дітьми відразу ж спостерігаються вроджені відмінності. Далі все залежить від ставлення батьків. Якщо батьки надають цим розбіжностям особливе значення і починають по-різному поводитися з кожним з близнят (часто слабшого захищають від фізичних навантажень, більше балують, менше карають і т.д.), то вроджені відмінності у фізичному розвитку доповняться і відмінностями в розвитку психіки . Нерідко при вроджених відмінності між близнюками батьки як би ділять дітей між собою - слабшого опікується мати, а з більш сильним більше займається батько. Всі ці особливості виховання тільки посилюють вже існуючі відмінності і, здебільшого, не сприяють правильному розвитку дітей.
Ще один фактор, часто приводить до виникнення психологічних відмінностей між близнюками в сім'ї, - це поділ ролей між близнюками. Як і в будь-якій групі, в парі може виділитися керівник (лідер), другий близнюк буде займати підлегле становище. Між партнерами можуть утворитися і комплементарні відносини. Відомі випадки, коли один з близнюків завжди виконує одні обов'язки, а другий - інші. Наприклад, в одній з подібних пар одна сестра, роблячи уроки, завжди читала текст вголос, а інша тільки слухала. В результаті, вже будучи дорослою, одна з дівчат відчувала труднощі в читанні.
Таким чином, якщо середовищні умови роблять різний вплив на формування досліджуваної характеристики у МОЗ та ДЗ близнюків, то показник успадкованого цієї характеристики може виявитися спотвореним: заниженими, якщо загальна середу вносить менший внесок у схожість МОЗ близнюків, ніж в подібність ДЗ близнюків; завищеними - в протилежному випадку.