ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ В РЕАЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА НА ВИЗУАЛЬНЫЕ РАЗДРАЖИТЕЛИ

Смирнова Анастасия

класс 10 "М", МАОУ ОЦ Горностай, РФ, г. Новосибирск

Воронина Елена Николаевна

научный руководитель, канд. биол. наук, м.н.с. ЛФ ИХБФМ СОРАН, РФ, г. Новосибирск

Ильина Мария Владимировна

научный руководитель, учитель биологии, МАОУ ОЦ Горностай, РФ, г. Новосибирск

Статья посвящена исследованию скорости реакции человека и генов, которые влияют на нее. Было проведено исследование наличия генов MSTN и ACTN3, изучено их влияние на скорость реакции человека при использовании визуальных раздражителей. На основе предпринятого исследования был сделан вывод о том, что скорость реакции не зависит от генотипов генов MSTN и ACTN3.

1. Введение

Скорость реакции служит одним из главных качеств любого живого организма. При этом очень важно, чтобы реагирование на внешние раздражающие факторы было мгновенным, так как среди них могут встречаться не просто опасные, а даже смертельные. У человека среднее время реакции на визуальный сигнал составляет 0,1-0,3 секунды.

Скорость реакции человека определяется работой нервной системы. Когда человек реагирует на очень сильное раздражение, опасное для жизни, например, когда отдергивает руку от горячей печки, осуществляется простой рефлекс, в котором головной мозг не участвует. От рецептора сигнал по нервному волокну идет в спинной мозг и затем сразу к мышце, проходя всего по трем нервным клеткам - чувствительному нейрону, вставочному нейрону в спинном мозге и двигательному нейрону. Скорость нервного импульса по отросткам нервных клеток здесь - несколько десятков метров/сек. Определяющим является время синаптической передачи - порядка 0,1 сек. Нужно отметить, что мы сначала отдергиваем руку, а затем чувствуем боль. Это связано с тем, что от болевых рецепторов в мозг сигнал идет по нервным волокнам другого типа (всего выделяют три типа нервных волокон, отличающихся по механизму передачи импульса) с меньшей скоростью 0,5-2 метра/сек.

Если речь идет о реакции человека на летящий в него кирпич, то здесь тоже рефлекторная реакция: глаз передает сигнал о быстром движении не только в отделы головного мозга, где они обрабатываются (и мы понимаем: «летит кирпич»), но и по специальным нервным путям - к мышцам, что обеспечивает быструю реакцию избегания, например, отпрыгивания.

Скорость реакции.

Таким образом, реализация зрительного сигнала на движение мышцы происходит через следующие этапы:

1. возникновение возбуждения в рецепторе (зрительном, слуховом, тактильном и др.), участвующем в восприятии сигнала;

2. передача возбуждения в центральную нервную систему;

3. переход сигнальной информации по нервным путям, ее анализ и формирование ответного сигнала;

4. проведение ответного сигнала от центральной нервной системы к мышце;

5. возбуждение мышцы.

Что влияет на скорость реакции?

Быстрота и скорость движений зависит от:

1. состояния центральной нервной системы и нервно-мышечного аппарата человека;

2. особенностей мышечной ткани (от соотношения быстрых и медленных волокон);

3. силы мышц;

4. способности мышц быстро переходить из напряженного состояния в расслабленное;

5. энергетических запасов в мышце (аденозинтрифосфорная кислота - АТФ и креатинфосфат - КТФ);

6. степени подвижности в суставах;

7. координации движений при скоростной работе;

8. возраста и пола;

9. скорости получения сигнала от рецептора мозгом и передаче его в мышцы

Генетические исследования (метод близнецов, сопоставление скоростных возможностей родителей и детей, длительные наблюдения за изменениями показателей быстроты у одних и тех же детей) свидетельствуют, что двигательные способности существенно зависят от факторов генотипа. По данным научных исследований, быстрота простой реакции примерно на 60-88 % определяется наследственностью.

Цель:

Поиск генетических маркеров реализации скорости реакции человека на визуальные раздражители

Задачи:

Освоение методик тестирования и методик генетических исследований

Тестирование скорости реакции.

Сбор образцов для выделения ДНК.

Выделение ДНК

Определение полиморфных вариантов генов.

2. Ход работы

2.1 Тестирование скорости реакции.

Проводили тестирование 56 человек на сайте http://www.humanbenchmark.com/tests/reactiontime для определения скорости их реакции на визуальные раздражители. Суть программы в том, что человек должен нажать на клавишу мышки в момент изменения цвета экрана. Для каждого тестируемого человека было проведено 5 измерений и записано среднее время реакции. Все измерения проводились утром (все находились в равных условиях). В результате было обследовано 16 человек из 8 класса, 17 человек из 9 класса, 23 человека из 10 класса.

Наибольшее количество людей имело скорость реакции в районе 265 ms (рис. 1).

Рисунок 1. Скорость реакции обследованных участников. Синими точками обозначены значения ожидаемые при нормальном распределении (р<0,001)

В 8 классе средняя скорость реакции 338 ms, в 9 классе - 276 ms, в 10 классе - 232 ms.

Рисунок 2. Зависимость скорости реакции от класса обучения

Из рисунка 2 видим, что с увеличением класса скорость реакции увеличивается (на отклик затрачивается меньше времени, человек реагирует быстрее). При статистической обработки результатов выяснили, что вероятность того, что результаты случайны - менее 0,1 % (р<0,001). Следовательно, выявленная нами зависимость увеличения скорости реакции тестируемых людей с возрастанием класса не случайно, а закономерно.

Рисунок 3. Статистическая оценка зависимость скорости реакции от класса обучения

2.2 Сбор образцов для выделения ДНК.

У всех учеников, которые выполнили тест на скорость реакции был проведен сбор буккального эпителия с помощью ватных палочек. Затем они были помещены в пробирки объемом 1,5 мл с 250 мкл лизирующего раствора а1 и перемешаны на вортексе. Пробирки были прогреты 5 мин при температуте 65 ˚С и снова перемешаны на вортексе до полного растворения материала. Затем палочки были извлечены, добавлено 20 мкл ресуспендированного на вортексе сорбента. Содержимое пробирки было перемешано на вортексе и, оставлено в штативе на 2 мин для осаждения сорбента. Суспензия была еще раз перемешана и отстояна 7-9 мин. Далее сорбент осадили на микроцентрифуге в течение 30 с, отобрали супернатант, добавили по 400 мкл отмывочного раствора а2 в каждую пробирку, перемешали на вортексе до полного ресуспендирования сорбента. Потом осадили на "Микроспине" в течение 30 с и отобрали супернатант. Процедуру отмывки раствором а2 повторили еще раз, тщательно отобрали супернатант. Аналогичным образом осадок промыли 70 % этиловым спиртом 1 раз, тщательно отобрали супернатант и высушили осадок сорбента при открытых крышках пробирок в термостате при 56 ˚С. Далее добавили 100 мкл элюирующего буфера а3, тщательно ресуспендировали сорбент, поместили в термостат при 56˚С на 10 мин. Суспензию осадили на микроцентрифуге при 13000 об/мин в течение 2 минут. Супернатант содержит очищенную ДНК, проба готова к постановке ПЦР.

2.3 Определение полиморфных вариантов генов.

Образцы ДНК по 5 мкл помещали в пробирки 0,2 мл. К ДНК добавляли смесь праймеров для определения нуклеотидных замен в генах ACTN и MSTN. Далее в пробирки добавляли Taq-ДНК-полимеразу, нуклеотиды и буфер для полимеразы и помещали смесь в амплификатор для прохождения ПЦР. Принцип определения нуклеотидной замены состоит в многократном копировании участка ДНК, содержащего нуклеотидную замену и взаимодействия этого участка с меченными зондами. Один из зондов комплементарен нуклеотидной последовательности с «нормальной» буквой, а другой - «мутантной». В результате на графике мы видим свечение одного из зондов если у человека только одна буква (гомозигота) или обоих зондов в случае гетерозиготы (рис. 4).

Рисунок 4. График накопления флуоресценции при генотипе G / A гена MSTN

Таким образом, нами были протипированны все собранные образцы ДНК (рис. 5).

Рисунок 5. Графики накопления флуоресценции для всех исследованных образцов (а. ACTN , б. MSTN )

К сожалению, не все образцы удалось протипировать. Результаты генотипирования приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты исследований для собранных образцов

Ген MSTN кодирует белок миостати́н (также известный как фактор роста и дифференцировки 8) - белок, который подавляет рост и дифференцировку мышечной ткани. Исследования на животных показывают, что блокирование действия миостатина приводит к значительному увеличению сухой мышечной массы с практически полным отсутствием жировой ткани. Исследованная нуклеотидная замена G->A приводит к преждевременному появлению стоп-кодона в 313 положении белка и таким образом снижает количество миостатина, что приводит к увеличению мышечной массы и улучшает скоростные показатели.

Ген ACTN3 характерен для мышечных волокон типа 2 (быстро сокращающихся) скелетных мышц. Ген ACTN3 содержит полиморфизм, R577X, что приводит к замене аргинина (аллель С) в положении 577 в стоп-кодон (аллель Т). Присутствие данной мутации приводит к тому, что мышцы не содержат белка a-актинин-3. Однако патологии мышц у таких людей не наблюдается, так как a-актинин-2 компенсирует его отсутствие в Z-дисках мышечных волокон. Вместе с тем наличие 577R аллеля, свидетельствующего о присутствии в скелетных мышцах белка a-актинина-3, дает индивидуумам преимущество в проявлении скоростно-силовых физических качеств.

В нашем исследовании статистически значимых зависимости скорости реакции от генотипов не выявлено (рис. 6) - для гена ACTN уровень совпадения результатов в разных группах 97 %, для MSTN - 80 %.

Рисунок 6. Зависимость значения скорости реакции от генотипов (а. ACTN , б. MSTN )

Возможно, это связано с тем, что часть образцов осталась не протипирована на генотип. Также возможно, что реализация скорости реакции человека на визуальные раздражители зависит от других генов.

3. Результаты

· Проведен сбор образцов ДНК.

· Проведено определение скорости реакции тестируемых.

· Мы показали, что скорость реакции увеличивается (на отклик затрачивается меньшее время) с увеличением класса.

· Проведено определение генотипов генов ACTN и MSTN для части тестируемых.

· Не обнаружено статистически значимой зависимости скорости реакции от генотипов.

4. Вывод

Мы исследовали генетические маркеры реализации скорости реакции человека на визуальные раздражители. Было установлено, что скорость реакции увеличивается (уменьшается время реакции) с увеличением класса и не зависит от генотипов генов ACTN и MSTN.

Дальнейшие планы

Закончить определение генотипов для всех образцов по генам ACTN и MSTN. Провести исследование других генетических маркеров (влияющих на скорость передачи нервного сигнала).

Список литературы:

1.Сапин М.Р., Никитюк Д.Б. Анатомия человека. В 3 томах. М. 1998. Т. 3.

2.Физиология человека/ Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996, т. 1.

Человек сталкивается с эмоциональными реакциями каждый день, но редко о них задумывается. Тем не менее они сильно облегчают ему жизнь. Что же дает эмоциональная разрядка человеку? Она помогает сохранять нервы в порядке. По этой причине те персоны, которые скрывают проявление своих эмоций, чаще страдают сердечными недостаточностями и нервными болезнями.

Определение

Что такое эмоциональная реакция? Это процесс, который выражается в действиях, словах или же состоянии. Он возникает в ответ на душевное или же внешнее раздражение. Например, вас кто-то напугал, и вы начинаете переживать. Или же вам кто-то сделал сюрприз, и вы обрадовались. Эмоциональная реакция на одну и ту же ситуацию у двух людей может быть разной. Все будет зависеть от того, как та или иная персона смотрит на сложившуюся ситуацию. Каждый человек является автором своих эмоций, по этой причине люди могут не только искренне чему-то радоваться, но и подделывать свои эмоции. А порой рамки приличия заставляют человека сдерживать свои чувства. Но все же от взгляда внимательного зрителя не ускользнет реальная эмоция и ее наигранный прототип.

Виды

Какие бывают виды эмоциональных реакций? Условно их можно разделить на две группы. В первой эмоции делятся по своей положительной окраске.

• Позитивные. Положительных эмоций у человека меньше, чем отрицательных. Это связано с тем, что в жизни не так много приятного? Не совсем. Исторически так сложилось, что человеку было хорошо там, где ему было спокойно. А спокойное течение жизни не вызывает никаких ярких эмоций.
• Негативные. Отрицательных эмоций у человека больше, чем положительных. Возможно, это связано с тем, что наши предки тратили много время на охоту и защиту себя и своей семьи. По этой причине у них было много эмоций, связанных со страхом и раздражением.

На какие еще виды могут делиться эмоциональные реакции?

• Врожденные. Человек не знает, что такое гнев, с рождения. Эта эмоция приобретенная. А вот о том, что такое страх, знает даже младенец.
• Выученные. Развиваясь, ребенок познает мир и учится выражать свои эмоции. Обучают свое чадо родители. Они следят за тем, чтобы ребенок мог в соответствии с общепринятыми нормами реагировать на ту или иную ситуацию.

Примеры

Какие вы знаете эмоциональные реакции? Ниже представлены 6 основных.

• Гнев. Эта реакция возникает в человеческой душе тогда, когда ожидание не совпадает с реальностью. Настроение у человека портится, и он начинает раздражаться. Чтобы нервы не сдали, он выплескивает все наружу, чаще всего на собеседника или на того, кто оказался ближе всего.
• Радость. Когда человек чем-то доволен, он улыбается и смеется. Такая реакция возникает на положительные события.
• Тоска. Грустное состояние время от времени присуще всем. Благодаря тоске человек может острее ощущать радость.
• Страх. Это врожденное чувство, которое человек непроизвольно испытывает всякий раз, когда находится в потенциальной опасности. Срабатывает инстинкт выживания, который предупреждает о грядущей беде.
• Удивление. Эта эмоциональная реакция может быть и положительной, и отрицательной. Все будет зависеть от обстоятельств, в которых человек столкнется с удивлением.
• Отвращение. Подобным образом человек реагирует на то, что ему неприятно. Эмоция эта приобретена и формируется под воздействием воспитания.

Степени

Эмоциональные реакции человека развиваются в трех направлениях. Условно их можно охарактеризовать тремя степенями.

• Быстрота. Каждая эмоциональная реакция наступает молниеносно, а вот сколько она будет длиться, человек не знает. Все зависит от того, насколько сильно заденет персону то или иное обстоятельство.
• Глубина. Даже если человека что-то вывело из себя, обида может быстро пройти, так же как и радость. А вот насколько сильно эмоция поразит человека, будет определяться глубиной чувств конкретной личности к персоне или объекту, который вызвал эмоциональную реакцию.
• Интенсивность. Одни эмоции запоминаются надолго, а другие быстро проходят. Это и называется интенсивностью реакции.

Типы

Эмоции бывают разными, и реакции человека на тоже. То, что персону не интересует, проходит тихо и не задевает тонких струн души. То, что для человека важно, оставляет сильный отпечаток. Какие же бывают типы эмоциональных реакций?

• Эмоциональный отклик. Такая реакция считается самой стандартной и ходовой. Вас что-то расстроило или обрадовало, вы смеетесь или плачете соответственно. Эмоциональные реакции ребенка должны развивать родители. Если они этого не делают, значит, их чадо вырастит бесчувственным эгоистом.
• Эмоциональная вспышка. То, что не попадает под определение ”отклик”, смело можно называть вспышкой. Это короткая сильная реакция, которая накладывает отпечаток на душу человека. Если вы неожиданно и сильно напугаете друга, то можете увидеть яркий пример эмоциональной вспышки.
• Эмоциональный взрыв. Такая реакция, в отличие от вспышки, не молниеносна. Она может произойти вследствие череды обстоятельств, которые поочередно вызывали сначала эмоциональный отклик, а затем вспышку.

Функции

Зачем нужны эмоциональные реакции и состояния человеку?

• Регуляторная. Чтобы нервная система могла нормально функционировать, ей время от времени нужно разряжаться. За счет выплеска эмоций снимается напряжение и нервы приходят в норму.
• Оценочная. Человеку необязательно что-то проверять на собственном опыте, чтобы понять, хорошо это или плохо. Персона может предположить эмоции и реакции на них, которые будет испытывать в той или иной ситуации.
• Побудительная. Некоторые эмоциональные реакции заставляют человека что-то делать. Если учесть правдивость поговорки, что движение - это жизнь, то именно благодаря получению конкретных эмоций человек может продолжать двигаться.
• Коммуникативная. С помощью языка тела человек может передать даже больше информации, чем он сможет это сделать вербально, обратившись к помощи слов.

Первая реакция

Человек может скрыть от посторонних многое, но не свои чувства. Сильные душевные волнения всегда передаются за счет эмоциональных реакций. Примером такого поведения могут быть искусственные улыбки, которые сегодня принято ”надевать” в обществе. Если ваш знакомый на подходе к вам держит мрачную мину, но его лицо преображается, когда человек подошел уже практически вплотную, это значит, что личность не очень добродушно настроена. на лице можно, но опытному глазу неискренность видна сразу. Так же как и явная радость, которая выдает симпатию одной личности к другой. Если при появлении человека в компании из трех персон одна из них начинает широко улыбаться, то это явный признак неравнодушного отношения. Так что если вы хотите знать, как к вам относится человек, посмотрите на то, как он себя ведет при вашем появлении.