第四章 遗传对发展的影响.ppt

第四章遗传对发展的影响 争论仍在继续 你怎样理解这些话 老子英雄儿好汉虎父无犬子将门虎子根正苗红种瓜得瓜 种豆得豆性相近也 习相远也 本章概要 第一节遗传 染色体 基因及其他遗传传递的原理染色体与基因异常基因研究的应用第二节行为遗传学行为遗传学 简介行为遗传学 研究方法行为遗传学 研究范围对行为遗传学的评价 第一节遗传 染色体 基因及其他 一 遗传传递的原理个体的基因是怎样传递给后代并表现出来的 什么是遗传 遗传 heredity 指生物亲代繁殖过程中 上一代与后代相似的现象 遗传学 genetics 是研究各种生物的遗传信息传递及遗传信息如何决定各种生物学性状发育的科学 它是生命科学中最基本的 发展最迅速的 并与其他各分支学科有密切联系的基础科学 一 遗传的密码 一系列概念 1 生化配方 基因 DNA 染色体 基因 最基本的遗传单位 含有发展的遗传蓝图 是DNA分子的一个片段 DNA 学名脱氧核糖核酸 由基因构成的复杂的双螺旋结构生物化学分子 DNA的特点之一是能自我复制 染色体 由细胞内的DNA与数种蛋白质结合 形成的一种线状体 高等真核生物的每一个细胞都含有多条染色体 每一条染色体上都载有很多基因 在染色体上呈纵向分布 所以基因是染色体中的功能单位 图1 DNA的梯形结构 碱基配对是非常严格的 腺嘌呤 A 对胸腺嘧啶 T 胞嘧啶 C 对鸟嘌呤 G 这里 DNA是通过从梯形中间横阶向下切断并复制而显现出来的 每一个自由碱基都从它周围的细胞质中找到与它相匹配的碱基 图2 这个由电脑生成的DNA模型显示DNA是梯状的 科学家可对模型进行旋转 从任意一个点上进行研究 细胞质 染色体 细胞核 图3染色体结构和数量 2 生命之源 精子 卵子和受精卵 精子 雄性生殖细胞 卵子 雌性生殖细胞 受精卵 由配子结合而形成的合子 是新生命的开始 3 生命的开始 减数分裂 有丝分裂 1 减数分裂 精 卵 原细胞分裂产生配子的过程 每个配子 精子或卵子 的染色体是母细胞原始数目的一半 人类减数分裂的结果是具有23条染色体 2 有丝分裂细胞复制它的染色体然后分裂成两个遗传上完全相同的子细胞的过程 图4减数分裂 图5减数分裂 图6有丝分裂 二 遗传独特性 减数分裂的特点致使基因组合的变化出现千万级甚至更多的可能 1 随机分配一对染色体减数分裂后 会随机进入不同的母细胞 2 独立分配每对染色体的分离都是独立于其他染色体对进行的 因此一个生殖细胞进行减数分裂就能够产生许多不同的染色体组合 3 部分交换过程在减数分裂的第一次分裂之前 相邻的同源染色体就会发生部分基因的交换 藉此改变染色体的基因组合 4 让我们来做一点算术 首先 综合前述随机分配和独立分配两个特点 概率上讲 减数分裂后得到的精 卵子应该有223 超过800万 种不同的基因组合 理论上说 800万种可能的精子和800万种可能的卵子组合 其婴儿的基因组合可以达到64兆种之多 其次 再加上部分交换过程 父母个体的配子可能的变化数量 实际上远远超过假如染色体简单分离 基因信息没有交换而具有的800万这个数量 5 遗传独特性的相对性尽管从遗传基因的角度来看 产生差异的可能性实在太多 但是同父同母的兄弟姐妹之间多少还是有些相像 因为毕竟他们的基因来自于同样的双亲提供的同一个基因群体 然而这种相似性的力量却远远小于独特性 虽然每个孩子遗传了每个父母的一半基因 但是 两个孩子从来都不会遗传同样的一半 因此 每个个体在遗传上都是独特的 从进化的观点来看 减数分裂产生的基因变化是高度适应性的 因为它增加了每个种族的一些成员在环境剧变时存活的机会 三 多胞胎 同卵双胞胎 概率 1 250 由单一的一个受精卵发育而来的双胞胎 有时候 一个已经开始复制的受精卵会分裂成两个分开但完全一样的细胞 然后发育成两个个体 这叫做单精合子的双生子 异卵双胞胎 概率 1 125 当一个母亲几乎同时排出两个卵子并且每一个都被一个不同的精子受孕 产生了两个遗传上不同的受精卵而产生的双生子 同卵双胞胎小美女 异卵双胞胎 英国夫妇皮尔森 左 埃德尔和他们的两对双胞胎女儿 英国 每日邮报 报道 3年前 埃德尔生下了一对异卵双胞胎女儿 今年8月 夫妇俩的又一对女儿诞生 这次是对同卵双胞胎 长期从事双胞胎研究的黛比博士说 怀上异卵双胞胎的几率是1比67 同卵双胞胎的几率为1比1000 而一人生下同卵 异卵双胞胎各一对的几率是百万分之一 四 生男还是生女 五 基因做些什么 1 生化层面的解释基因控制氨基酸的合成 以形成酶和其他蛋白质 蛋白质对于新细胞的形成和发挥功能是必不可少的 2 控制细胞分化基因确保有些细胞变成大脑和神经系统 有些变成骨骼和皮肤 3 基因影响周围的生化环境 也被生化环境影响一个特定的细胞可能变成什么 取决于胚胎早期发展阶段它的周围是什么细胞 4 调节基因具有特定发展蓝图的特定基因被其他起调节作用的基因在人生发展的不同时刻被 开启 或 关闭 5 环境对基因的影响环境因素会很明显地影响基因携带的信息怎样表现出来 例 高个基因与矮个男孩6 基因型与表现型基因型 genotype 个体遗传的先天资质 表现型 phenotype 一个人的基因型在可观察到或可测量出的特征里的表达方式 六 基因怎样表达 要想揭开基因怎样影响发展的谜团 另一个方法就是探讨基因遗传的主要模式 父母的基因表达在他们的孩子的表现型里的方式 基因表达有5种模式 简单显性 隐性遗传共显性遗传性连锁性遗传遗传印记多基因遗传 1 简单显性 隐性遗传孟德尔的传递遗传学研究Nn Nn 纯合vs 杂合2 共显性遗传表现型里发现杂合的两部分基因都被完全平等地表现了出来 折衷的血型 AB型 3 性连锁性遗传一些特质被位于性染色体上的基因所决定着 镰状细胞贫血 共显性遗传另一例证 4 基因印记一对等位基因被打上了生化标记 使得只有双亲中特定一方的等位基因被表现 而不管它的组成如何的一种遗传模式 然而只有很少的等位基因服从遗传印记 并且它显然不会发生在所有的人身上 5 多基因遗传大多数的人类特征是受多种基因而不是单一的一对基因的影响 一个特质受越多的基因影响 其表现型的多样性就越复杂 二 染色体与基因异常 尽管绝大多数新生儿出生时被认为是健康的 但是大约每100个新生儿中就有5个是具有某种先天性缺陷的 这其中有相当一部分是由基因和染色体异常而引起的疾病 一 染色体异常 1 基本概念 减数分裂过程中 分裂出的配子中可能一个染色体过多而另一个却过少 最常见的染色体变异是以部分或完全的三倍体为代表的 染色体物质的部分或全部缺失则代表了另一种类型的染色体异常 绝大多数这种异常是致命的 很可能导致发育停滞或自动流产 然而也有一些染色体异常不是致命的 大约每250个儿童就有一个出生时要么染色体太多要么太少 2 主要类型 1 性染色体异常涉及到第23对染色体 性染色体的异常 脆性X染色体综合征 特征 智力延迟 婴儿自闭症等患病比率 千分之一 2 常染色体异常涉及到前22对染色体的异常 唐氏综合征 21 三体综合征 3 染色体异常的原因 罪魁祸首 生殖细胞减数分裂过程中染色体分配不均 其他假说 年龄 卵子老化假说 饮食 条件基因与叶酸表3 2唐氏综合征和其他染色体异常的风险与母亲年龄的关系 二 基因异常 概念 有时当我们将纯合的隐性基因表现出来的情况也算作基因异常时 通常父母会很吃惊 与染色体异常相比 基因异常是更微观层面的生化特征异常 然而两者都是导致儿童身心发展出现问题的最基本原因 基因异常很有可能是由于基因突变引起的 这种突变是因为各种环境因素或基因本身的生化因素的影响而产生的 对个体来说 是好是坏并不一定 然而从进化论者的角度来看 基因突变是进化的基本机制之一 三 基因研究的应用 一 基因咨询概念 一种服务 给准父母提供关于基因疾病的信息 并帮助他们确定将这些疾病传递给孩子的可能性 婚前检查 是基因咨询的一个简化版本 二 遗传异常的胎儿检查通常要求35岁以上的大龄母亲去做此类检查 一般包括羊水诊断 绒毛膜绒毛抽样检测法 CVS 以及超声波探测法 三 遗传疾病的治疗 案例 对PKU的治疗PKU phenylketonuria 苯丙酮酸尿症由于第12对染色体上的一个单独基因的问题 患病儿童缺少一种能消化苯丙氨酸的酶 进而极易造成一种先天性新陈代谢失调 如不及时干预 将引起后续多种严重的心理迟滞问题 目前仅通过改变食谱 就可以防止该基因产生有害效果 从而大大改善了具有这种基因变异的幼儿的心理迟滞情况 既不需要高科技手段来纠正变异的基因 也不需要吃药 更不需要父母采取优生学措施 第二节遗传对行为的影响 行为遗传学 一 行为遗传学 简介 一 为什么要研究行为遗传学 行为不仅受人类心理的直接影响 也受其遗传因素的直接或间接影响 行为的遗传和环境机制研究不仅对教育 人口优化 乃至政治都具有深远的意义 因此是心理学的重要领域 遗传与环境之争 是心理学的经典研究课题之一 是对人类心理与行为发展的基本理论问题的探讨 心理学历史上关于 天性与教养 之争的三个阶段 1 Which 阶段 是什么决定了你的人生 人的主要缔造者是遗传而非环境 世界上几乎所有的痛苦和快乐都不是环境带来的 人与人的差别是与生俱来的 在生殖细胞中就被决定了的 Wiggam 1923 P 42 给我一打健康的儿童 我可以保证 能把他们随机训练成任何一种类型的专家 医生 律师 艺术家 商人 政治家 当然也可以是乞丐 小偷 这里没有一样是能力 天赋 气质 智力结构和行为特征的遗传结果 Watson 1925 P 82 中国古代的一些思想 近朱者赤 近墨者黑 晋 傅玄 太子少傅箴 蓬生麻中 不扶而直 白沙在涅 与之俱黑 荀子 劝学 孟母三迁 墓地 市集还是学校 三不居 不居与坟墓靠近之居 不居娼优居住之居 不居旁有庙之居 2 Howmuch 阶段 两者 各起多大作用 霍尔的比例有观点认为 一个人的智力水平是由80 的遗传 20 的环境所决定的 这个比例也许是70 30 霍尔的代表性观点是 一两的遗传胜过一吨的教育 斯特恩的会合论 心理的发展并非是天赋本能的逐渐显现 也不单纯受外界的影响 而是内在本性和外在条件复合的结果 两种因素都是发展不可或缺的成分 只不过他们所占的比重因事而异 格塞尔的双生子爬楼梯实验美国心理学家格塞尔做过一个著名的双生子爬楼梯实验 一对双胞胎 其中一个从出生第48周起每天进行10分钟的爬楼梯训练 连续训练6周 到第52周时他才能熟练的爬上5级楼梯 在此期间 另外一个不进行爬楼梯的训练 而是从53周才开始进行爬楼梯训练 结果发现两周以后 第二个双生子不用成人的帮助就可以爬到楼梯顶端 这个实验表明 儿童的心理成熟是一个自然成熟的过程 儿童的成长受生理和心理成熟机制的制约 教育不能改变发展的主要时间进程 只有儿童心理成熟到一定程度以后 人的教育和训练才会起作用 人为地提前训练 可能一时占有一定优势 但这种优势不会长期保持下去 3 How 阶段 两者 怎样相互作用 1 皮亚杰的相互作用观两种因素之间的关系并非各占若干比例或简单相加的关系 而是一种相互交织 相互渗透和影响的关系 即个体的行为不仅受当前环境及遗传物质的影响 而且受其遗传基因和过去环境因素的相互作用的影响 2 现代行为遗传学的观点 Plomin 遗传和教养的作用不是绝对的 会因所讨论的具体的发展方面的不同而不同 人类所有的复杂特质 如智力 气质和人格 都是生物遗传和后天环境长期相互作用的结果 Plomin 1990 我们不应该过多地去考虑遗传和环境的对立 而应当更多地去考虑二者是如何交织在一起影响 促进人的发展变化的 实际上一直就存在着针锋相对的两派 遗传决定论 高尔顿 Galton 格塞尔 Gesell 等人极力推崇遗传的绝对影响力环境决定论 华生 Watson 斯金纳 Skinner 等人主张环境的决定作用 二 什么是行为遗传学 行为遗传学是一门探讨行为的起源 基因对人类行为发展的影响 以及在行为形成过程中 遗传和环境之间的交互作用的学科 行为遗传学是研究遗传规律的科学 是遗传学的新兴分支学科 是在遗传学 心理学 行为学和医学等学科发展的基础上形成的一门交叉学科 行为遗传学研究行为的遗传基础 试图探明遗传因素和环境因素在个体的行为发展差异中所起的作用 三 行为遗传学的位置 行为遗传学是采用遗传学方法对个体行为的遗传 变异规律进行研究的科学 遗传学是一切生命科学的核心 行为遗传学则处于心理学和其他行为科学的核心 行为遗传学在生物科学和行为科学之间搭建了一座桥 使得心理学在生物科学中占有一席之地 四 行为遗传学研究者 行为遗传学研究的先驱 高尔顿 RobertPlomin JohnDeFries GeraldE McClearn MichaelRutter 二 行为遗传学 研究方法 一 选择性繁殖概念 通过确定特质是否能够经过选择性配对而在动物身上繁殖来研究遗传影响的一种方法 最早的研究来源于孟德尔通过杂交豌豆发现植物遗传作用的实验 经典研究 特雷恩 1940 老鼠走迷宫实验 18代遗传过程中 聪明 老鼠和 笨 老鼠走迷宫成绩的变化 特雷恩实验的结果说明 老鼠的迷宫学习能力受它们的基因组成的影响 其他研究者采用同样的研究方法 发现基因对老鼠和小鸡的活动水平 情绪性 攻击性和性驱力等属性也存在类似的影响 二 生物测量法 是用数理统计学方法来研究生物遗传变异现象的分支学科 根据研究对象的不同 又可分为量化遗传学 quantitativegenetics 和群体遗传学 populationgenetics 前者研究生物体数量性状 即由多基因控制的性状的遗传规律 后者研究基因频率在群体中的变化 群体的遗传结构和物种进化规律 生物测量遗传学传统上是根据群体中不同个体所表现出来的特征即表型来研究遗传和变异 现在正逐步向研究群体内分子水平变异的方向发展 三 家庭研究 1 基本思路比较那些住在一起的人 看他们在一个或多个属性上的一致性 2 双生子研究 家庭研究之一比较接合性 血缘关系 不同的双生子 以确定某种属性的遗传性 基本假设 一对在一起抚养的同卵双胞胎之间比一对在一起抚养的异卵双胞胎之间在各种属性上更相似吗 3 领养研究 家庭研究之二将被领养者与他们的生物学上的亲属与领养关系的亲属作比较 来测评某一或多个属性的遗传性 基本假设 被领养的孩子与他们的亲生父母相似 因为他们享有共享的基因 亲缘关系为0 50 还是与他们的领养父母相似 因为他们有共享的环境 除了着眼于遗传特质 家庭研究也能够帮助我们评估各种能力和行为被环境影响的程度 四 重要参数及公式 1 遗传系数 基因影响概念 遗传系数 heritabilitycoefficient 简写H 是对一种特质可归为遗传因素的变异量的数字估计 范围在 00 1 00之间 计算公式 H r同卵双生子 r异卵双生子 2 2 共享与非共享环境 环境影响 1 非共享环境 NSE 概念 个体所特有的经验 公式 NSE 1 r 在一起养育的同卵双生子 2 共享环境 SE 概念 生活在同一个家庭里的个体所共享并且使他们彼此相似的经验 公式 SE 1 H NSE 三 行为遗传学 研究范围 一 遗传对智力成绩的影响总体来看 IQ中度可遗传 问题是 IQ