行为遗传学专题

1、第十二章行为遗传学,大纲 先天行为与学习行为 基因的差异与行为的差异 基因与行为的关系 双胞胎的行为与性状 基因影响行为的生理基础 人工筛选实验 人类性状与行为,先天行为与学习行为 生物的行为有先天的，有学习的 小海鸥出生不久就会自动去啄母鸟嘴上的红点，母鸟会将半消化的食物吐出来给牠吃，如果用长棒，一端涂上色明的斑点，小海鸥也会去啄，小海鸥这种乞食行为是先天的(图) 蜘蛛结网的行为是本能的，有些蜘蛛外表型相近，分类上不容易区分，但每种蜘 蛛所结的网非常独特，可做为分类的依据(图 某些行为是学习的，鸟会唱复杂的求偶歌，是先有机会听别只公鸟唱，再经多次的练习，才学会(图) 先天行为是遗传控制的，学

2、习行为是由经验(环境)获得的 但某些行为很难区分是本能或学习，因 为许多本能的行为都是因经验的影响而被改变 目前行为学家认为行为是基因与环境共同影响神经系统与荷尔蒙系统发育的结果 外表型(phenotype)也可说是基因与环境共同影响的结果,加拉鹦鹉的先天行为与学习行为 加拉鹦鹉与粉红鹦鹉生长在澳洲尤加利树林中(图)。它们住在树洞里，有时两种共住同一树洞，产卵后为了孵蛋而发生争执，体型大的粉红鹦鹉会把体型小的加拉鹦鹉赶走，然后领养全部的卵，照顾全部的子代 被领养的加拉鹦鹉某些行为是先天的，某些行为是学习的 与养父母相同的行为:包含联络叫声、飞行模 式、对食物的偏好都与养父母一样 与生父母相同的

3、行为:包含乞讨与警告叫声 显示:生物某些行为是天生的，第一次做就可以做得完全的行为，不需过去的经验。某些行为是学习来的， 需经多次的练习，才会愈做愈完全 先天行为不受环境的影响，学习行为会受环境的影响，动物某些行为是天生无法学习的，因为受动物本身生理结构的限制， 如狗不会唱歌，是因声带的结构与人不同,由此实验显示:基因相同，环境不同，行为可能不同 加拉幼鸟由养父母养大，发出的联络叫声与养父母相同 加拉幼鸟由亲生父母养大，发出的联络叫声与亲生父母相同 显示:联络叫声是环境造成的 以上两种加拉鹦鹉基因型相同，因接收到的听觉与社会经验不同，发出的联络叫声不同。,基因的差异与行为的差异 漏斗网蜘蛛(f

4、unnel web spider) 住在亚力桑那州溪流边:对落网的猎物反应迟缓 住在新墨西哥干燥沙漠区:对落网的猎物反应迅速 这种反应速率的差异可能是环境不同 假说:可能住在溪流边的蜘蛛较不饿。 实验:将两区的蜘蛛带回实验室，各生下新的一代，让两者居住相同的环境，并给与等量的食物。 结果:亚利桑那蜘蛛:约等一分钟之后，才会有反应O 新墨西哥蜘蛛:约需三秒就会有反应 显示:此种行为差异是遗传差异造成，而非环境造成， 后来的研究发现:溪流区鸟多对蜘蛛的威胁较大，当昆虫落网 时，谨慎小心，确定安全，才去吃昆虫的蜘蛛，存留下来的机会较大，可能性急的蜘蛛都被鸟吃了。,黑帽鹪莺 (国) 候鸟型：出生德国，

5、每年春经由西班牙迁移到非洲，秋再迁移回去 留鸟型：全年住在非洲绿角P. Berthold等人认为此差异是因遗传的不同。德国种：基因型是M1M1，非洲种:基因型是M2M2，方法:：正反交配 德国母鸟与非洲雄鸟交配 德国雄鸟与非洲母鸟交配 子代放在特殊笼子内装有电子栖枝，只要鸟一停在上面就会记录结果，在秋天迁移期: 德国种:每夜在栖枝之间跳来跳去达数星期之久，平均在夜 里共跳370小时 非洲种:整夜都安静睡觉。 杂交种:介于两者之间，平均在夜里跳260小时， 显示:遗传造成黑帽鹊莺的迁移,青蛙的杂交实验 观察:青蛙的叫声是随种的不同而不同，这样可以防止不同种间的交配，母蛙只对自己相同叫声的公蛙有反

6、应(图) 材料:灰树蛙与松木树蛙 方法:在实验室内有两对树蛙正在交配，将母蛙背上的公蛙交换 结果：产下的小蛙叫声是属中间型。两种 蛙，一种频率较快，一种频率较慢，生出的杂交种属中间型的。 杂交种的母蛙长大，会选择那一种叫声的? 结果:他们会选择与自己叫声相同的公蛙。 显示:基因决定行为，也决定配偶的选择。 综合以上生物行为的差异可能是环境造成，也可能是遗传差异造成，但要传到下一代，必须是遗传差异造成的。,基因与行为的关系 随行为的不同，有些是一基因影响一种行为，有些是一基因影响多种行为，有些是多基因影响一种行为 单一基因造成的行为差异 果蝇有些行为的变化是因一基因发生改变，当亲代接触某种突变剂

7、后，生下子代可能有不同的行为突变种。经分析这些行为的突变种是因一对基因突变造成的 果蝇活动性由单基因控制 材料:利用遗传技术培养出两种行为品系果蝇 a.高活动性 :幼虫在培养基中5分钟内走的距离是低活动性的4倍。 b.低活动性 :幼虫在培养基中不活跃。 方法:将高活动性与低活动，性杂交， F1全为高活动性型， F1 互相交配， F2 :高活动性：低活动性=3:1 显示：这种活动行为的差异是一对基因控制，目前知道此基因是位在果蝇第2对染色体上,果蝇交配行为受单基因控制 野生型 ：公蝇在交配20分钟后会自动下来 迷住型：公蝇在正常交配20分钟之后，仍不会下来 中断型：公蝇只交配10分钟就自动下来离

8、开 敏感型：忽然摇动会使公蝇变成麻痹 果蝇生活周期受单基因控制： 果蝇每天的活动有一定的周期性，正常是一个周期24小时 野生型(per+, period基因)一个周期24小时 无周期型(per0)没有明显的周期性 短周期型 (pers) 一个周期19小时 长周期型 (perl) 一个周期29小时,分子遗传学的分析:果蝇生活周期受单基因的影响 野生种per+基因制出的蛋白质含1200胺基酸 突变种per0基因制出的蛋白质只含400胺基酸 突变种perS& perl基因制出蛋白质含1200胺基酸，其中一个与野生种不同 将per+基因放入质体做成重组DNA ， 再经显微注射注入per0果蝇胚胎，结果

9、会产生per+的外表型，显示per+基因确实是决定24小时周期性的基因，后来发现per+基因也控制果蝇振动翅膀产生求偶歌。,果蝇学习行为受基因控制，突变会影响果蝇学习能力 野生种:公蝇若遇到一只已受孕的母蝇，结果遭母蝇冷落，以后1-2hr再遇到母蝇不会再有兴趣 愚蠢型 :不会因受刺激而退缩，学不乖，无学习行为 唐吉柯德型 :公蝇无法诱导母蝇释放恶臭，让 公蝇知道她们没兴趣，走开。这种突变影响求偶行为，但不影响学习行为，假设一只受孕的母蝇先有别只正常公蝇来诱导她产生化学物质，唐吉柯德型闻到了会离开，在以后的1hr再遇 到母蝇会敬而远之。 健忘型:会学，但只有短暂的学习 (short - term

10、 learning)只学45分钟，之后又忘了,基因多效性(Pleiotropy, Multiple effects) 定义:一基因影响多种性状或多种行为 基因作用模式:基因的直接作用是产生酶，愚蠢基因是制出cAMP磷酸二酯酶 ，此酶的变化会影响到某一个生化反应的途径，影响到神经细胞，以致影响到学习的能力 突变种:超活动型(Hk，Hyperkinetic) :比正常果蝇更活泼， 麻醉时比别的果蝇脚动得更快，寿命较短，交配行为不正常， 有东西从头上过去时会猛裂地跳动 多基因影响的行为( Polygenic inheritance ) 指多对基因参与某一种性状或行为 一个生化反应是由多个基因参与进行

11、的，基因藉由产生酶而控制生化反应的进行，最后影响到某种性状(如产生某种色素) ，或产生某种产物会附在神经细胞的表面，而造成某种行为的表现。,双胞胎的行为与性状 同卵双生子特别适合做遗传研究，是因同卵双生子的基因完全相同，他们的行为若有不同可以看出是环境造成的 分析了五十对在五岁以前就分开的同卵双生子，发现 同卵双生子不论生长在一起或分开，人格性状有很多相像处。但也有很多相异处，环境对人的影响仍是很大，然而在一 些个性的分析中，发现IQ test的成绩相关性高于内向.外向个性 (introversion-extroversion personality trait)。生长在不同环境的 同卵双生子

12、个性的相似性仍很高:,奥斯卡与杰克:奥斯卡生长在德国纳粹祖母家，杰克与犹太父 亲生长在加乐比岛。两人生长的环境有很大的差别，一出生就 分开，到47岁时才再相见，二人除了外表相像(都带金边眼镜，留同型的胡子)很多僻好也相像:例如:喜欢甜酒，喜欢将橡 皮筋套在手腕上，读杂志喜欢由后往前读，喜欢将涂抹奶油的 土司沾咖啡吃，许多个性也都很相像 吉姆双胞胎: Jim Springer & Jim Lewis两人在婴见时就分 别被领养。两人的狗都叫“玩具“，第一任太太都叫林达，第 二任太太都叫培帝。他们的儿子分别叫James Allan与James Alan。两人都爱画机械图、爱做木工、抽烟、喝酒的习性相

13、同 两人都爱咬指甲、爱去佛罗里达渡假，都开雪弗兰车。两人都 有痔疮、脉搏、血压均一样，两人都从18岁开始，在傍晚时分 发生偏头痛症(mixed headache syndrome)。但两人也有相 异处:一个善于言辞，一个善于写作，此外发型也不一样,基因影响行为的生理基础 兄弟姐妹淀粉酶基因的遗传差异 兄弟姐妹差别是对偶基因(allele)的不同，对于某特定基因，两个 人的alleles可能相同可能不同 同样是淀粉酶基因(amylase gene)不同的allele可能制出的淀粉酶性质不同 淀粉酶基因有四 种alleles : amy 1、amy2、amy3、amy4 假设一女子为amylamy

14、2 其夫为amy3amy4 生下的孩子可能有四种基因型(genotypes) amy1amy2 x amy3amy4 amy1amy3、amy1amy4、amy2amy3、amy2amy4.,假设有一孩子基因型是amy1amy3他与其他孩子相像的程度是: 1.0、0.5、0.5及0.0 具相同对偶基因的平均值：(1.0+0.5+0.5+0.0)/4=0.5 即兄弟姊妹的相同对偶基因的平均值是0.5 异卵双生子的相同对偶基因的平均值是0.5 同卵双生子的相同对偶基因的平均值是1 同卵双生子的基因型是完全相同，适合用来研究环境对个性的影响 即兄弟姊妹的遗传差异是1/2 同卵双生子的遗传差异是0,在

15、许多统计中发现同卵双生子即使不在一起生长，仍有很多的 个性是相同 表可看出同卵双生子，不论生长 在一起或不在一起， IQ成绩的相关性都比兄弟姊妹高 但兄弟姊妹即使不生长在一起， IQ成绩相关性仍比无亲缘关系的父母与领养子 女高 由许多的数据显示个性不同， 50%是因遗传不同， 50%是因环境不同 表12-1同家族IQ成绩的理论与实际相关性 类型理论遗传相关性实际相关性研究次数,表12-1同家族IQ成绩的理论与实际相关性 理论遗传 实际相关性 次数 相关性 同卵双生子生长在一起 1.00 0.85 34 同卵双生子不生长在一起 1.00 0.67 3 异卵双生子生长在一起 0.50 0.58 4

16、1 兄弟姊妹不生长在一起 0.50 0.45 69 非亲兄弟姊妹生长在一起 0.00 0.29 5 父母与亲生子女 0.50 0.39 32 父母与领养子女 0.00 0.18 6,基因的直接与间接作用 基因直接作用:控制酶的产生，参与生化反应 间接作用:影响生理，内分泌系统、神经系统、控制行为的表现 基因控制酶的产生，酶参与生化反应，生化反应能使别的基因打开或关闭，造成别的蛋白质的合成或停止合成，生化反应的进行产生生理的变化:神经、骨骼、内分泌系统等的变化，外界环境的刺激， 感觉器官接收外来的刺激，由中央神经系统传递，经大脑的处理， 决定命令肌肉，神经产生反应，造成行为的表现,基因与神经系统

17、 遗传镶嵌型果蝇 (8章)体内一部份是 带XX，一部份是带X 带XX的细胞发育成雌性组织，带X的细胞发育成雄性组织，全身是一个雌雄混合式 这种果蝇的行为究竟是雄或雌? 解答:如果上脑是位在雄性组织内，身体其它部份都是雌性组织包括生殖器，牠们仍会去追逐腹部是雌性的果蝇。这 种果蝇会颤动翅，做出求偶的姿势。这种果蝇也会被别的公蝇强迫交配 可知脑部的神经细胞决定果蝇的性行为，而非由生殖器或荷尔蒙来决定性行为。X chromosome对于神经细胞的发育有特 殊的作用。,遗传模式Modes of inheritance 材料:两种品系老鼠(mice) :一种跑100米/小时，一种跑20米/ 小时 方法:

18、两种品系的老鼠互相交配 结果 与亲代之一相同，代表显隐性遗传模式 若两种交配子代是中间型，代表不完全显性遗传 若两种交配后代比亲代还快，代表超越亲代的遗传模式 Schroder & Sund将老鼠放入水中游泳，游泳池边有铁丝网做的跳板可以让老鼠逃生。将两种品系mice C57Bl Balb/c 一组很快学会逃生，一组很慢，交配得Fl逃生速率是比二 者均快，表示这是一种超越亲代的遗传，主要是多对基因控制,人工筛选实验 聪明的老鼠互相交配是否生下的后代愈来愈聪明 材料:一个族群的老鼠走迷宫，有的快，有的慢。整个族群是呈常态分布 方法:选出走最快(迷宫聪明型， maze bright)彼此交配，选出

19、最慢的 (迷宫迟钝型， maze dull)彼此交配。经1、2、3、7代， 每一代都是选出最快的相交配，最慢的相交配。 结果:迷宫聪明型形成一条曲线，迷宫迟钝型形成另一条 曲线 问题:是否这些被选出迷宫聪明型就很聪明? 再做其它实验:同样的老鼠再去走别种迷宫，需要用到别种能力或技巧，例如视觉或嗅觉,结果:迷宫聪明型就不一定比迷宫迟钝型表现得好 结论:由此实验，知Tryon所选的行为非全能智能型，他所选的只是对某种特殊的迷宫，有特殊的能力 讨论:行为能力是多方面的:读书、绘画、音乐、研究、推销、逻辑、 推理、手工、体育、人群关系、表达能力 . 每个人天生具有 不同的能力，有人在某方面有天份，在另

20、一方面有缺陷，没有一 个人是天生万能的。每一个人要努力去了解自己先天的潜能，并 将这个能力完完全全的发挥出来,人类性状与行为 人类的遗传性状 过去知道具有美人尖、有耳垂、指头上长毛、会卷舌等都是人类显 性遗传。人类味觉，例如对PTC (10章)的味觉也是显性遗传 分子遗传学的进步，更多的性状与行为基因被分析出来 ，例如人类肥胖是因ob基因异常，使胃口增加，代谢减慢 人类的遗传行为行为究竟受遗传的影响较大?还是受环境的影响较大? 目前大部份 科学家相信“行为是遗传与环境共同作用的结果。但某些行为与遗传确实有显著的相关性,喝酒与遗传 喝酒之后，肝靠两种酶反应: 酒精脱氢酶乙醛脱氢酶乙酸(aceta

21、te) 有些人喝酒面不改色，有些人很快就醉了，原因? 通常女性胃内酒精脱氢酶量较少，对酒精代谢速率慢，结果酒 精进入血液中，被带到全身，容易醉 人体内制酒精脱氢酶的基因有数种对偶基因(alleles) ，制出不同的同功酶。不同人种之间也有不同的alleles 对酒精代谢能力不同。,IQ受遗传与环境的影响 T. Bouchard等研究同卵与异卵双生子计算出IQ的遗传性是 0.7。 同卵双生子不论生长在一起或不在一起IQ相关性总是最高的 兄弟姊妹不在一起生长也比领养的住在一起的高 但此结果并不能代表IQ完全是遗传决定的 同卵双生子即使一直 生长在一起也不是100%相像，因为他们可能在子宫内的环境有些不同，对营养的摄取不同(刚出生时就会有大小不同) ，出 生后由于摄取的食物，或社交环境不同，造成大脑组织的发育不同,左右手的使用 孩子与父母相像，很多是因为环境的影响:父母是左撇子，孩子也很可能是左撇子 若生父母是右撇子，孩子被左撇子的父母领养，那么孩子很可能是左撇子 精神分裂症(schizophrenia)、癫狂抑郁症(manic depression)与酒精中毒(alcoholic) 异常行为与遗传 亲缘关