首頁 > DNA鑑定揭開事實真相
:::

DNA鑑定揭開事實真相

曖昧不明的親子關係,如何才能真相大白?俄國主政者,為何有機會與歷史和解?如何辨識犀牛角,保護犀牛免於滅絕?透過基因序列比對,可在混沌不明中找到揭發真相的線索。
 
 
記得十幾年前有齣電視影集在臺灣很受歡迎,影片主角叫做馬蓋先,他很聰明,每次都以科學技巧克服困難,化險為夷,電視觀眾也因此獲得許多知識。影集當中應用科學知識解決問題的情節並非憑空想像,在現實生活中我們亦經常碰到。例如仰賴科學知識與技巧的DNA鑑定工作,即在司法單位的辦案過程中具有重要地位。

自從一九五三年英國物理學家法蘭西斯.克立克(Francis Crick)和美國生物學家詹姆士.華生(James Watson)在英國《自然》雜誌發表DNA(去氧核醣核酸)雙螺旋結構模型和複製機制後,相關的研究應用已在法醫辦案、血緣鑑定、基因病變治療、無性生殖技術……等生物化學領域快速發展。而以DNA進行的基因序列比對,在協助打擊犯罪、追蹤查緝工作上亦已出現突破性進展。

例如困擾人們幾千年「孩子父親究竟是誰?」的問題,現在透過DNA鑑定即可真相大白,甚至過世者的非婚生子女跑出來要求確認親子關係時,司法單位也有能力查明真相。到底這當中所具有的科學依據和方法又是些什麼呢?欲了解詳情的,可從轟動一時的俄國沙皇尼古拉二世(NikolayVtoroy)一家人的身分確認故事中窺見一二,惟在此之前,必須先了解從人體上的哪些部位可萃取到DNA。
 
長骨骨幹結構示意圖
▲長骨骨幹結構示意圖
 
古人的DNA在緻密骨裡

無論活著或死亡的人,甚至過世久遠者,都有機會從他們身上取得DNA。對於活著的人,其唾液、血液、指屑、毛髮……中有DNA;對於死亡的人,從死亡那刻起,身上細胞已開始遭到細菌破壞,DNA分子也開始裂解,但是只要肉身不壞,仍可萃取到DNA;萬一肉身已壞,如木乃伊,就必須從緻密骨裡萃取DNA。

為何緻密骨裡有DNA呢?簡單來說,人體骨頭分為海綿骨組織(spongy bone)與緻密骨組織(compact bone)。海綿骨周圍有許多骨髓,在人活著的時候,這些骨髓會造血,DNA也最多;但當生命結束時,這裡的細胞會很快地被細菌侵蝕,DNA即遭破壞。緻密骨正好相反,當骨母細胞長出來時,會立刻被鈣化,而且包埋在緻密骨組織裡,只要沒有骨質疏鬆或流失現象,這些細胞與裡面的DNA就一直被堅固地保護著。

總結來說,人在活著的時候,緻密骨裡的DNA數量不如海綿骨多;但當生命結束時,除非將人體放在強酸強鹼等惡劣環境下,否則藏在緻密骨裡的DNA不會完全裂解。所以說,需要鑑定古人身分時,可從緻密骨裡萃取DNA。

末代沙皇  行蹤成謎

提及確認沙皇身分的故事,可從一九一八年俄國共產黨發動革命,推翻俄國帝制說起。共黨革命發生的第二年,沙皇尼古拉二世和他的家人、三名隨從、一名御醫即行蹤不明,從此有關他們的謠言就開始流傳。直到70年後的一九八九年,有人宣稱距離中亞埃克脫林堡市30公里,一個公共墓地的11具骨骸是沙皇一家人的。翌年,俄國共產黨下臺。又一年,這個民間傳言被當時政治領袖葉爾欽知悉,他立即公開宣布,將以傳統東正教的國殤之禮重新安葬沙皇一家人。

命令公布之後,經濟疲憊的俄羅斯社會整個沸騰起來,支持與反對意見爭論不休,其中最大的爭議是:這些骨骸真是沙皇一家人的嗎?由於當年下達槍決命令的蘇維埃政權已經垮臺,骨骸中疑點甚多,而且與歷史紀載不符……於是,葉爾欽政府決定以DNA鑑定揭開真相。
俄國末代皇帝沙皇尼古拉二世26歲即位,當其骨骸被人找到並經DNA確認後,於一 九九八年重新安葬在聖彼得堡大教堂。
▲俄國末代皇帝沙皇尼古拉二世26歲即位,當其骨骸被人找到並經DNA確認後,於一 九九八年重新安葬在聖彼得堡大教堂。

 
母系遺傳標記  粒線體DNA

整個查證工作從遺傳基因的鑑定開始。原來人類在傳遞「母系遺傳訊息」的卵子細胞裡,有一種物質稱為粒線體,當精子與卵子結合時,它就是受精卵中粒線體的來源。只要受精卵成長成為一個新個體時,新生命體中的粒線體DNA(mitochondrial DNA,簡稱mtDNA)就成為傳遞母系遺傳訊息的一個代表性標記。

尤其特別的是,在這麼久遠的時間裡,從上一代傳到下一代的遺傳過程中,mtDNA幾乎未因基因重組而產生過混合。萬一當中的基因序列出現改變現象,有可能是基因複製時發生錯誤,或是基因誘導突變所造成,而後者發生的機率雖比細胞核基因來的高,但亦微乎其微。就算真的發生基因突變,如果以兩個族群的mtDNA序列做比較,仍可獲知他們在何時有個共同祖先。因此,追查工作就從沙皇姻親的後代開始。

更明白一點說,沙皇姻親後代血液裡的mtDNA,是個極佳的追蹤線索,而歐洲社會長久以來的皇族通婚習俗,亦在這次工作中幫了大忙。因為,沙皇尼古拉二世的皇后亞歷山德拉(Aleksandra),正好和現任英國女王伊莉莎白的丈夫菲利普親王的外婆是親姊妹,所以,當工作人員將菲利普親王所捐血液中的mtDNA,與骨骸中的mtDNA比對後,立即確認出其中四具骨骸屬於皇后和三位公主的,之後,再從公主的DNA血緣關係調查中循線找到疑似沙皇的骨骸。

由於沙皇身分特殊,絕不容許絲毫差錯,所以,找到的疑似骨骸必須再和沙皇母系後代的mtDNA進行比對,其結果卻讓人大吃一驚–除了所有基因序列完全相同的mtDNA外,還有僅一個序列不同的mtDNA!究竟是怎麼一回事呢?當中有什麼蹊蹺嗎?這條線索出現了疑問,無法確認沙皇身分,所有工作必須重新來過。

幸好沙皇有個親弟弟在共產黨革命前因病去世,埋葬地點明確,因此在葉爾欽政府特許下,工作人員開棺萃取DNA進行鑑定。蒼天不負眾望,沙皇弟弟mtDNA的基因序列和沙皇的完全一樣,此兄弟二人竟然都有個相同的突變基因!至此真相大白,沙皇身分確認。

令人玩味的是,之前的檢測工作先後在英國劍橋大學和美國柏克萊加州大學進行,因另外發現一種mtDNA有一個序列不同,曾懷疑該鑑定工作的可信度,所以在進行第三次檢測時,特地將檢體送往美軍的一個DNA研究所。最後證實,真正原因出在沙皇的異質粒線體上,亦即一個人帶有兩種不同的mtDNA,並非兩間實驗室的錯誤。

DNA鑑定應避開盲點

如此看來,以DNA鑑定古人身分確實比較複雜,倘若要為活人做DNA鑑定就簡單許多,利用聚合酉每連鎖反應原理放大多個短重複系列基因區之後,工作人員只需從孩子的基因中排除母親的,就是父親的。雖說發生基因突變的機率不大,但也不完全排除基因突變的可能性。

如果孩子基因與父親基因比對後,出現一個或兩個不完全相符的基因時又該如何呢?此時鑑定人員會再測試多個不同基因區以增加鑑定的準確率,或計算基因的突變機率後才做研判。然而有趣的是,萬一發生此現象時,一般人大都偏向可能是基因突變的想法,但在辦案人員眼中卻有另一個大膽推測,雖不排除基因突變的可能性,但是,這件事是不是被指為父親者的兄弟所做的呢?就母系方面來說,其中的道理也一樣,同一位母親所生後代,其粒線體基因序列應該完全一樣,但也不排除基因突變的可能性,只是發生機率也很低。

一般常用的DNA鑑定法有兩種,最簡單的是「口腔黏膜鑑定法」。由於正常人的口腔細胞與其剛出生時完全一樣,所以只要一根棉花棒即可在口腔中取得DNA。但這方法不適合有嚼檳榔習慣的人,或已罹患口腔癌的人,因為這些人的口腔細胞有可能已經突變,必須改用「血液鑑定法」。

但是血液鑑定法也有盲點,此法對於接受過骨髓移植的人無效,因為這些人的血液已與捐贈者的血液相同。此外,此法對於剛接受過輸血的人在特定時間內亦無效,因為白血球需要二個星期,紅血球需要120天左右才能完成代謝,所以在這段時間內這些人不適合做血液DNA鑑定。
 
遏阻盜獵犀牛  科學方法助陣

除卻人類之外,DNA鑑定應用在動物身上時也為檢警人員帶來很大助益。二○○三年九月出刊的英國《新科學家》(New Scientist)雜誌中報導,新近研發成功的兩種科學鑑定法,有助於遏阻盜獵犀牛事件,其中之一是臺灣中央警察大學研究成功的DNA鑑定法,另一項是英國倫敦動物學會動物研究所(Institute of Zoology, Zoological  Society of London)研發成功的化學分析法。

眾人皆知,保護犀牛使其免於滅絕是全人類的共識,但卻有所不知,真要落實執行,卻是困難重重。就拿臺灣來說,這兒不是犀牛故鄉,對於犀牛保護區內加強巡邏的工作插不上手,但臺灣是個中藥盛行地區,免不了讓人懷疑,會不會有人將犀牛角磨成粉末販售之類的問題。所以,從阻斷或追緝犀牛角及其製品的不法交易行為來說,臺灣仍是個重點區域。

千萬別小看這件事,倘若在一、兩年前,想要證明一件物品是用犀牛角做成的幾乎不可能。儘管鑑定人員採用傳統的物理觀察法、蛋白質鑑定法、化學元素分析法進行鑑定,並將檢測結果呈送法庭,但是承審法官仍無法毫無條件地接受。正因為無法提出科學證據,無法明確證明查緝物中含有犀牛角成分,以至於無法將歹徒繩之以法,一直等到DNA鑑定犀牛角的方法出爐後,才大大鬆了一口氣!
 
犀牛與牠的角,犀牛角被許多人視為裝飾或中藥
▲犀牛與牠的角,犀牛角被許多人視為裝飾或中藥
 
盜獵猖獗  犀牛瀕臨滅絕

犀牛為什麼會滅種,為什麼需要保護呢?犀牛喜歡在泥漿裡打滾,屬於脊索動物門,哺乳綱,奇蹄目,犀牛科,是現今陸生動物中體型僅次於大象的第二大者。早在六千萬年前牠就出現在地球上,那時約有三十幾種屬種,只是到現在只剩下非洲的黑犀牛、白犀牛,亞洲的印度犀、爪哇犀、蘇門達臘犀等五個品種。而犀牛的數量,也從六○年代的十幾萬頭,銳減到現在的幾千頭。追究原因,應與歹徒為滿足人類欲望,不惜濫捕盜獵犀牛,取得稀有珍貴的犀牛角以賺取暴利有關。

例如,南亞的葉門人有一種習俗,他們習慣以犀牛角做成的匕首裝飾來表現自己的尊貴,某些有錢人則以擁有犀牛角雕刻品而自豪。另根據野生物貿易調查委員會對野生物藥材貿易的調查報告(Trade Record Analysis of Flora & Fauna in Commerce,簡稱TRAFFIC)顯示,由於中藥業者和使用者認為犀牛角粉可治療發燒、驚癇、痙攣等症狀,所以引起歹徒盜獵犀牛的貪念。而貧窮、內戰、主政者缺乏合作意願、保育資金短缺等,都是促成犀牛角盜獵及走私猖獗的原因。
 
犀牛角雕刻而成的藝術品
▲犀牛角雕刻而成的藝術品


比對基因序列  確認犀牛角

為了查緝不法,執法人員努力在科學鑑定上下工夫,皇天不負苦心人,終於讓科學家發現,在不同獸角如犀牛角、牛角、羊角、鹿角的DNA裡,存在一種「識別屬種特異性」的粒線體細胞色素b基因,只要將這段基因片段複製放大,並經序列分析、計算基因距離後,即可判別受檢體是屬於哪一種動物的哪一種品種。有時候相同品種的犀牛,在不同地區生活一段時間後,其基因序列有可能不完全一樣,此時仍可依據基因距離較接近者認定為受檢體屬種。

但為何能在犀牛角裡找到DNA呢?因為犀牛角是由毛狀角質纖維黏結而成的緻密毛髮(compacted hair)聚集組成,雖然被截取下來的犀牛角DNA分子會繼續裂解,而且,經過時間愈長,裂解程度愈嚴重。不過無需擔心,只要堅硬組織仍在,就算犀牛角被磨成粉末,其角質化細胞內殘存的DNA仍不至於完全裂解,這是能從犀牛角製品中萃取到DNA的原因。

由於DNA鑑定可藉助聚合酉每連鎖反應原理放大樣品,因此只需要幾奈克(ng)微量DNA的檢體即可進行,凡學過分子生物學的專家,只要分析出DNA序列數據,即可透過網際網路,免費且快速地從美國國家研究院的國家生物科技資訊中心(National Center for Biotechnology Information, NCBI)取得比對資料予以判讀,這是DNA鑑定法被接受的原因。

目前檢警單位在偵查犯罪和鑑定身分、血緣、保育類動植物等工作上,均已採用DNA鑑定法。惟應注意的是,一旦握有DNA證據後,是不是就鐵證如山了呢?不見得呦!雖然科學鑑定符合科學精神,但在提出數據時,仍需針對所有可能原因,以及有可能誤判或產生缺失的地方仔細推敲。因為,科學證據只能證明DNA的存在,或其可能來自同一個人,至於是在何種情況下造成的,仍需綜合各種因素做整體研判。
 
 
推薦文章