“Smurf（蓝精灵）”对某一年龄段的人有着特殊的魔力，他们恐怕已经去电影院围观过头戴白袜的小蓝人了。对某些科学家来说，Smurf几个字母同样非比寻常，因为它是Smad Ubiquitination Regulatory Factor，即Smad泛素化调控因子。念起来复杂，说白了“蓝精灵”就是控制Smad的。我打赌，这个命名者一定是蓝精灵爱好者。下图取自一篇货真价实的文献1，桔色框子代表细胞边界，可以看出蓝精灵和Smad的复杂关系发生在细胞各个角落。被控制的Smad也不是省油的灯，在果蝇中的名字叫Mad，其实是mother against dpp（妈妈抑制dpp）的缩写，因为若是果蝇妈妈的这个基因出毛病，孩子的dpp基因就被抑制了，妈妈们总是管得很宽嘛。

在那山的那边海的那边，有一群研究果蝇的科学家。果蝇是一种身体很小、繁殖很快的昆虫。人类对它的研究非常透彻，它的基因已经全部被发现，大约13600个。基因命名标新立异，几乎成了果蝇界引以为豪的共识：名字既能彰显科学家的创造力和幽默感，也能淋漓尽致地寄托他们对研究对象的热爱；自己玩得high的同时，对人类和线虫界规则命名的不屑也溢于言表。再看细胞学家的命名作品，CD1，CD2，CD3，CD4……创造力堪比《哈利波特I、II、III、IV》。

果蝇界的游戏精神由来已久。早在1978年，科学家用果蝇筛选突变，试图找出控制果蝇胚胎分节的基因，他们发现有个基因缺失后，果蝇胚胎就长满小突起，跟刺猬似的，于是把这个基因命名为“hedgehog（刺猬）”。后来人们继续用哺乳动物研究刺猬基因，先后发现了“desert hedgehog（沙漠刺猬） ”和“Indian hedgehog（印度刺猬）”，如果说以刺猬物种命名还算规矩，第三个相关基因“sonic hedgehog（刺猬索尼克）”的出现就真在界内掀起了追捧热潮，刨除重要的功能不说，直到现在，这个基因的命名还为科学家津津乐道。

刺猬索尼克

这里还不得不提到和视觉有关的基因一家子。一只正常果蝇的复眼由800个小眼组成，每个小眼又是8个细胞凑成一圈。科学家找到一个能做主的统领基因eyeless（无眼），这个基因出现异常，果蝇就成了无眼蝇；顺便说下，eyeless在小鼠里被叫做“Small eye（小眼睛）”，在人类则叫“Aniridia（没虹膜）”，都和缺失后的毛病有关。为了证明这个基因的绝对权威，科学家在果蝇身体其他部位表达eyeless，最后复眼竟长上了翅膀、腿和触角，最多的一身长了14个——二郎神看见准保气晕了。

果蝇小眼的8个细胞中，7号专门感受紫外光。而sevenless（无七）基因就掌管了7号视锥细胞的有无，缺失的果蝇就不喜欢紫外光了。科学家接着发现了“无七”的配体，叫她bride-of-sevenless（无七的新娘），简写Boss（老板），显然科学家都知道夫妻俩该谁当家。再后来又发现了无七下游的son of sevenless（无七的儿子）和daughter of sevenless（无七的女儿）。相关基因越来越多，一大家子其乐融融（无七的儿子表示抗议，因为它的简写是sos）。

在研究动物生物节律上，貌不惊人的果蝇也有一席之地。它们的羽化和运动量都有昼夜节律，和人一样，果蝇在清晨和傍晚比较好动。如此这般一通突变，科学家发现一系列基因的破坏都能搞得果蝇生物钟紊乱。比如，在果蝇中发现的第一个调控生物节律的基因是period（时期），另一个基因缺失后的表现与period类似，就叫“timeless（没时间观念）”。之后，cycle(循环)和clock（时钟）浮出水面。最后，他们又找到shaggy（蓬头垢面）突变体，Shaggy过量表达，果蝇的生物钟就给调成20小时一天了——连脸也没空洗了。

类似例子还有很多。比如shaker（抖腿者）基因影响果蝇运动行为，这个基因突变后，乙醚麻醉下的果蝇的小细腿儿就不断颤抖，原来，这个基因掌管细胞的钾离子通道，而这个通道和神经细胞活动密切相关。巧的是，最近学界又发现，shaker和睡眠多少也有关系，突变果蝇睡得很少，被叫做minisleep（睡得少）。另外，果蝇的头那么小，你可能不相信它们能“学习”，但科学家还真做过果蝇学习的实验，他们使果蝇闻到气味A时遭电击，闻到气味B时不遭电击，之后让果蝇在AB之间选择，学习能力正常的果蝇通常会选择气味B，不正常的果蝇多种多样，但其中一种就是学习记忆力差，叫做dunce（笨蛋学生）突变。

果蝇基因命名者中不乏电影、艺术爱好者。前者给出过Klingon（克林贡语）这样的名字，因为基因发现者特别热衷于《星际迷航》；后者有一次从显微镜看果蝇突变体的翅膀，惊呼“太美了”，这些突变体翅膀上的毛不像野生果蝇那样整齐，而是像梵高的星月夜一样打着旋儿地排列，“干脆把这个突变叫做van gogh吧！”

虽然“蓝精灵”、“笨蛋学生”这样的名字用在果蝇身上格外可爱，可一旦科研遇上了医学就不好玩了。你想想，如果你是医生，怎么跟病人解释他们的“刺猬索尼克基因突变了”？要是面前的病人还有残疾，怎么解释lunatic fringe（极端狂热者）、head case（疯子）、one-eyed pinhead（独眼儿）、faint sausage（晕菜香肠）基因突变？有的科学家正在商讨怎么把这些基因重新命名，不过也有人本身就有前瞻性。有个基因名叫single-minded（脑子一根筋），因为它的突变会让果蝇的两束神经细胞轴突合并成一束。其实本来科学家真想用个更常见的词simple-minded（头脑简单），可灵机一动地想到人中也可能存在同源基因。他的担心后来被证明一点也不多余，后来人们真的发现唐氏综合症就是一个“脑子一根筋”基因出了问题。

除了不能冒犯病人，基因命名还必须政治正确。1963年科学家发现一些雄性果蝇特别喜欢搞其他雄性，他们管相关基因叫fruity（因为他们觉得同性恋的色情行为很搞笑），后来敌不过群众纷纷抗议，才改成了悲情的fruitless（无果的爱恋）……

如此可见，基因命名技巧多，且众口难调，既要如“蓝精灵”一样好玩好记，也不能没有人道精神。

不多分析，留些例子你自己去品味吧：

参考文献：

1. A New Smurf in the Village. K. Arora and R. Warrior. Developmental Cell. 2001 Octomber; 1(4): 441-442.
2. Van Gogh: a new Drosophila tissue polarity gene. J Taylor, N Abramova, J Charlton, and P N Adler. Genetics. 1998 September; 150(1): 199-210.

本文已发表于果壳网 趣科技主题站《看蓝精灵学英语，看蓝精灵学生物》

作者：周舟

据英国《每日邮报》5月19日报道，由意大利考古学家希尔瓦诺·文塞提（Silvano Vinceti）教授所领导的团队日前在佛罗伦萨圣厄休拉修道院遗址下面的地窖中挖掘出了一副头骨，目前正试图提取DNA并重建此人的面容。此人的遗体如此受到重视的原因在于她或许就是达·芬奇经典作品《蒙娜丽莎》的模特丽莎·格拉迪尼(Lisa Gherardini)。

如果能够成功提取DNA的话，文塞提教授会将该DNA序列与另两座教堂内的丽莎两个儿子的遗骸DNA进行对比。通过序列比对，研究人员可以确定被挖掘的遗骸的身份，并根据DNA信息重构出《蒙娜丽莎》模特的面部 。

图一：在佛罗伦萨圣厄休拉修道院遗址，意大利考古人员挖掘出了可能是《蒙娜丽莎》人物原型的遗骸。IC 图

文塞提教授是否能够成功，尚是未知之数。但是，如果一个人的DNA真的能够告诉我们他长什么样子，我们的生活将有怎样的变化呢？

试想准妈妈怀孕时，医生从羊水中取出一些婴儿细胞并分析里面的DNA然后告诉孕妇及家属，宝宝以后会长什么样，这对于准爸妈来说，到底是期待还是扫兴呢？

既然还没有出生的胚胎就可以通过DNA信息“透露”日后的长相，那么是否可以通过人工选择出最优良的候选胚胎？届时，DNA信息是造就了一个每个人都完美的社会，还是一个枯燥的社会呢？

要解答这些问题，我们不妨“破解”DNA的密码，了解它是如何影响我们的容貌的。

鱼身上发现“肤色DNA”

侦查员根据DNA信息分析出凶手是黑人而不是白人，而这个决定肤色的基因是在斑马鱼身上首先发现的。

在解释“蒙娜丽莎的微笑”是否可以通过DNA信息重构之前，让我们先了解一下发生在美国的一起利用DNA信息侦破的案件。

1992年8月至2003年3月近12年间，在美国路易斯安那州发生的连环杀人案中有7名女性被害，联系这七起杀人案件的就是凶手在现场留下的DNA。最终，非洲裔美国人德里克·托德·李（Derek Todd Lee）在DNA证据下被送上法庭。

图二： 2003年五月28日，法庭上的德里克·托德·李（Derek Todd Lee）

在法医学中，利用犯罪现场的DNA来辅助确认嫌犯并不是一件新奇的事情，但是在此案中DNA所起的作用不仅限于辅助确认而是在于有效地加速了侦破过程。连环杀人案的多名目击者称凶手是一位白人男子，而DNA证据显示作案的是一位非洲裔美国人。所以此案被认为是凭借DNA这张“看不见的脸”使得罪犯被绳之以法。

那么侦破人员是如何根据DNA信息分析出凶手是黑人而不是白人呢？

众所周知，DNA分子涵盖了生物遗传所需要的几乎所有信息，基因从广义上讲是一段具有独立功能的DNA序列，所以说DNA也能够决定一个人的肤色，大家也许不会惊讶。但是这个看似非常顺其自然的推断，研究人员却是在近期才从分子水平上揭晓，这个结论也才得以应用于DNA和肤色的匹配。

这个决定肤色的基因并不是从人身上，而是在斑马鱼身上首先发现的。斑马鱼是一种通体几乎透明但带有黑色斑马纹状条带的小型常见鱼。宾夕法尼亚州立大学的基思·程（Keith Cheng）教授发现，斑马鱼体内相关基因功能发生异常的时候，黑色的斑马纹变淡从而身体发黄。程教授和他的团队进一步研究发现人体中的这个基因可以改变皮肤表皮细胞中黑色素体的分布，从而从宏观上改变皮肤的颜色。

图三：身有美丽斑纹的斑马鱼

当黑色素体聚集时，皮肤表现为黑色，当分散时，表现为白色；亚洲人的皮肤表皮细胞中的黑色素体的分布聚集程度则居中，所以呈现黄色。在原始人类所生存的非洲这种强日照环境下，皮肤中聚集的黑色素体可以起到“遮阳”的作用以保护皮下的组织。但是当原始人类踏上欧亚大陆之后，聚集的黑色素体使得皮下得到的阳光过于少以至于维生素D无法正常合成，所以在百万年之久的自然选择下，在强日照环境下“功能异常”的基因却在欧亚大陆被选择，成了弱日照地区的“优良品种”。

回到一开始的案例，正是因为这个基因在非洲裔美国人和美国白人中的不同使得案件能够从DNA的信息中获得重要进展。至于非洲裔黑人来到美国之后没有变“白”，那是因为毕竟他们到美国大陆才仅仅几百年，和百万年的自然选择是无法相提并论的。

“蒙娜丽莎”被美化？

通过色素基因的分析，研究团队可能知道发色、肤色，甚至有无雀斑。这样我们便可能知道达·芬奇是否刻意“美化”了他的模特。

最近，在科学界和考古界炒得比较火热的一件事情就是人类的远古近亲——古人类中的尼安德特人的全基因组DNA序列被解密，大家随之而来的好奇就是，尼安德特人到底长什么样呢？

距今大约20万到3万年间，在欧洲大陆和亚洲西部生存的尼安德特人的一缕头发一直被冻存于格陵兰岛。这缕被完整保护的头发丝里涵盖了重要的考古信息——完整的DNA序列 。2006年11月，一组来自各个国家的科学家在《科学》杂志上发表了这个古人类基因组的序列，并作出了分析。

同样是基于色素相关基因的DNA序列，研究者称至少有一部分尼安德特人有红色头发和白色皮肤并且有可能有雀斑。同时研究者还说尼安德特人的男性也有秃顶的可能性。

2008年9月，艺术家和科学家通过各种信息重构了尼安德特人的面容。当然，重构的面容的真实性是不能够过分保证的。不过值得庆幸的是，决定皮肤中色素的颜色和分布的一些基因已经被大量研究并且基本弄清楚功能了。而仅仅通过这些色素基因的分析就可以给我们很多关于面部的信息。

回到“蒙娜丽莎的微笑”，如果研究团队成功地拿到了丽莎·格拉迪尼的DNA，通过色素基因的分析，研究团队将有可能知道她头发的颜色、面部皮肤的颜色，甚至有可能推测她的面部是否有雀斑。那将会是一个很有意思的发现，我们说不定能知道达·芬奇在作画时是否刻意地去“美化”了他的模特。

“蒙娜丽莎”烫鬈发？

《蒙娜丽莎》画像中头发是鬈发，提取的DNA中应该有两个W基因。当然前提是《蒙娜丽莎》的模特没有将直发烫卷。

现在知道了DNA信息可以显示肤色、发色，但是人脸不仅仅只是这些“颜色”就可以刻画的，那我们现在就开始深入挖掘一下DNA里还涵盖了哪些更多的信息以决定人到底长怎样的脸。了解了这些，或许你就能明白，重塑蒙娜丽莎的脸是否可能。

我们现在回到最基础的遗传学——孟德尔遗传学。其基础论点之一，就是基因型决定表型。基因型就是DNA里所携带的基因的信息，而表型就是由这些基因所决定的宏观上大家可以看到的特征。

图四： 人类有23对（46条）染色体，有独立功能的DNA片段（即基因）就分布在这样46条染色体上。

从面部特征上来看，最经典的就是直发和鬈发了。人类的第7对染色体上有一对基因可以控制头发中硫的含量，当硫含量高（W控制）时头发呈现为鬈发，当含量低（w控制）时头发则为直发。所以当一对染色体上的两个位置上都是W时，那么人就会是鬈发，而都是w时，就表现为直发，如果是一样一个，就是适中了。

既然鬈发是基因控制的，那我们是如何把鬈发拉直的呢？事实上，鬈发的形成就是因为头发中硫含量高，有机硫之间会产生二硫键，大家可以把二硫键想象成交联剂，有了它头发就“错综复杂”了。所以把头发拉直只要破坏这些二硫键就成。高温就可以直接破坏二硫键，高温后再冷却头发就直了。

《蒙娜丽莎》画像中头发是典型的鬈发，所以我们可以几乎肯定，提取的DNA中应该有两个W基因。所以如果意大利研究团队所提取的DNA中只有w基因时，他们所挖掘到的遗骸就很有可能属于其他人——当然前提是《蒙娜丽莎》的模特没有将直发烫卷。

人类的很多表型都符合孟德尔遗传，一个或者多个类似的基因通过一些诸如上述的机制控制表型。研究者早已发现诸如嘴唇的方或圆和薄或厚、脖子的宽或窄、耳朵的大或小、耳垂是否存在、鼻子的长或短、嘴的大小、眼间距大小都是由基因决定的，并且符合孟德尔遗传的规律。

由于这些基因对表型的决定有关键性的作用，位于马里兰州的约翰霍普金斯大学将所有的这些信息系统地整理到了一个数据库中并且每天更新，研究人员可以在美国国家生物技术信息中心获取这些数据。

面部透露遗传病

当这些遗传性疾病影响面部特征时，科学家便有机会找到控制这些面容特征的基因以及其DNA序列信息。

需要特别提及的是一些遗传性疾病的患者，他们有非常特别的面部特征。比如我们所熟悉的唐氏综合征患者，头部较短，面部起伏较小，眼鼻间距较小，眼角上挑，深双眼皮。这些特征显然不是一个基因或者几个基因决定的，而是由一系列的遗传病变的综合作用而形成的。

唐氏综合征患者较常人多出一条21号染色体，而这条染色体上所包含的信息之复杂以至于研究者很难完全弄清楚。

下面介绍一种研究得较为清楚的遗传病——Wolf-Hirschhorn综合征。它的发生是由于人类第四号染色体上的一小段缺失（即一段DNA的丢失）。患者面部表现为“希腊古战士头盔”型——双眼距极度拉大，鼻和上嘴唇的距离缩小，嘴下移，兔唇，尖下巴，耳廓畸形。

图五：14岁的Wolf-Hirschhorn综合征患者David Gordon

总体来说，患者面部不对称并且头部较小。研究者由于已知这些DNA片段的丢失会导致Wolf-Hirschhorn综合征，便在这段DNA中仔细查找可能导致相关面部症状的基因。

最终研究者在这段丢失的信息中找到了三个重要的基因。其中两个和患者的面部特征密切相关，这两个基因的功能异常将分别导致“希腊古战士头盔”型面容和兔唇。

截至目前，我们可以发现科学家在利用DNA信息重构面容的时候主要是利用DNA上携带的基因的各种信息，而这些信息的来源又主要有两种：一是来自研究所用的模式生物，比如前述的斑马鱼，另外还有小鼠、果蝇等，科学家可能会发现一些调节相关功能的基因或者基因群，然后在人中寻找这些基因，最终发现直接联系；二是通过一些罕见或者不罕见的遗传性疾病，当这些遗传性疾病影响面部特征时，科学家便有机会找到控制这些面容特征的基因以及其DNA序列信息。

当我们查看过画中的“蒙娜丽莎”后，我们可以发现她具有圆且薄的嘴唇，较宽的脖子，适中长度的鼻子，小嘴和适中的眼间距。如果意大利的研究小组在分析DNA信息后发现基因型和上述“画面中”的表型并不相符，我们将可以知晓达·芬奇在哪些面部细节处理上发挥了自己的想像力。

统计学能否定格面容

科学家将利用统计学手段研究人类的多个基因和面部特征的关系。科学家将在人脸上使用22个坐标点用于定位，不同的人脸具有不同的数字特征。

以目前的技术水平，直接反映面容特征的DNA信息是零碎和不完整的。我们即使掌握了以上所有的信息，仍然很难真实地重构一张脸。人的肤色可能有相似，拥有鬈发的人很多，拥有大鼻子的人也很多，即使所有的这些面容特征都限定下来，我们仍然可以找到成千上万的人。

有人或许会问，既然人类已经把自己的DNA的序列揭晓了，我们为什么还无法获得完整的信息呢？事实上，我们只揭晓了最基本的人类基因的序列信息。要寻求这些信息的含义，就像我们必须在毫无意义的一堆字母里面寻找规律一样困难。而由于人类DNA序列所涵盖的信息量极大，有29亿字节，解密这些看似无序的信息需要极长的时间和更新的研究方法。

说到这里可能比较令人失望，原来我们现在还无法从DNA信息中真实地重构一张脸！在如此复杂的数据中，经典的发现式研究方式已经举步维艰，不过科学家也并非束手无策，最新的计划就是融合新兴的计算机技术和数学模型来研究这样复杂的对象。

令人惊喜的是，在2008年美国人类遗传学大会上，有一篇会议摘要提到科学家将利用统计学手段研究人类的多个基因和面部特征的关系。为了刻画人脸，科学家将在人脸上使用22个坐标点用于定位，然后每两个坐标点直接的距离作为数据，那么一张脸一共就会有231个数据。

两张这231个数据都一样的脸是概率极小的。而经由这些定点，人脸的面部特征就被数字化了，不同的人脸具有不同的数字特征。在一定的数据量基础上，对这些数字化的脸和对应的DNA信息进行相关性分析，我们便可以建立DNA信息决定面部特征的模型。

不过到目前为止，还没有看见更新的研究进展。这个研究一旦完成，将极大地推进人类学、考古学、生物学研究，并且成为法医鉴定的有利工具，让我们拭目以待。

间接方法或许更有效

间接地依靠DNA信息判断DNA携带者所从属的种群——欧洲种群、南撒哈拉非洲种群、东亚种群或美洲土著，从而根据种群面部特征推测该段DNA携带者的面部特征。

刚才说到的所有DNA推测面部特征的方法都是直接的方法，其实在实际应用中，间接的方法更多并且更有效。比如说当拿到一些DNA信息后，通常研究者并不是直接通过DNA信息推测该DNA持有者的面部信息，而是通过这段DNA所含的信息比对已知的DNA序列的库，从而大致知道这段DNA持有者的遗传背景。

在迁徙较少的地区，研究者甚至可以定位到该段DNA持有者来自于哪个地区、哪个家族。我们回到尼安德特人的例子，研究者发现尼安德特人的DNA和现今欧亚人群的DNA的特征类似而和撒哈拉以南非洲人DNA的相似性不如前者，所以研究人员便有足够多的理由认为尼安德特人的面部特征总体类似现今欧亚人群 。

总体来说，用间接的方法从DNA推测面部特征就是依靠DNA的信息决定该段DNA携带者所从属的种群——欧洲种群、南撒哈拉非洲种群、东亚种群或美洲土著。或者更进一步，依据DNA样本的信息获取携带者来自各个种群的成分的百分比，从而根据四大种群的人面部特征推测该段DNA携带者的面部特征。

由于《蒙娜丽莎》的模特丽莎·格拉迪尼是显赫的贵族，她的家族的后代甚至亲属的坟墓都可能被完好地保存，那么获得丽莎·格拉迪尼的DNA信息之后我们可以直接沿着这个踪迹寻找到她当时的家人，她的后代的信息，如果有幸能够找到图片资料或文字描述，对《蒙娜丽莎》的面部重建将有极大的帮助。

最后，大家不妨想一想，还有什么因素会显著影响一个人的面容。

首先就是年龄。即使是同一个人在不同年龄阶段，其面容的差异也会很大。眉毛的浓淡，胡须的有无，雀斑的多少，皱纹的多少都显著受年龄的影响。那么通过一段DNA，我们怎样才能知道DNA携带者当时的年龄呢？研究者使用端粒的长度来推测。

图六：染色体末端的端粒（telomere）结构

DNA是双链结构，复制时互相为模板，但是由于复制机制本身的原因，线性的DNA每复制一次末端就会减少一点，所以如果一直这样下去DNA会越变越短，最终本身结构将受到破坏，或者某些功能损坏导致疾病，为了减慢这个过程，DNA分子末端必须有一个可以保护它的结构，这个结构就是端粒。

端粒就是染色体的DNA分子末端的重复序列，DNA每复制一次端粒就会缩短一点，但是核心的DNA则受到了保护。人体内还有一种酶，叫做端粒酶，它可以使端粒得到延长，同样也保护DNA免受损伤。

在美国甚至有人开发药物来增强端粒酶的活性以使人延年益寿。老年人细胞里端粒的长度普遍较青年人短，所以端粒的长度是年龄的有效推测依据。这是一个有效的推测，但是并不能保证百分之百的准确，比如某些运动员的端粒就较相同年龄的其他人要长。

同时，为了从端粒获取年龄的信息，我们必须保证DNA样品是完整的，我们甚至需要整条染色体，而这一点在考古学上是很难做到的，因为研究者往往得到的都是DNA的碎片。而像如前所述被完整保存的尼安德特人头发丝是极其罕见而且极其珍贵的。

然后，也是很重要的一个影响面容的因素就是所处的环境了。

环境对面容的影响是不会体现在DNA中的，这也是用DNA推测面容最大的不准确之处。比如有人故意将皮肤晒成褐色，或者有人营养不良头骨发育不全面，抑或长时间生活在干燥环境中导致皮肤粗糙。这些都是DNA信息无法推测的。

非常典型的例子就是同卵双胞胎出生后在不同环境下生长，最终的面容一般不是完全一样的。但是无论如何，使用DNA所携带的信息推测面容总体来说仍然是前景广阔的，毕竟同卵双胞胎即使在不同环境下长大，其面容也较类似。

技术突破了法律界限？

我们从来不能够百分之百地相信DNA的表型推断，警察可能会利用这些种族和面部特征的预测作为借口去针对弱势群体。更何况，DNA信息的本质是一个人的隐私，

当一项科学研究有巨大应用价值时，科学就不再纯粹了，甚至在技术水平还没有达到那个高度时，我们也许必须提前思考它会带来的问题。

我们可能认为使用DNA进行法医学鉴定从而推断嫌疑犯的相貌为刑事案件的侦破提供了极大的便利，但是事实上，并不是提供便利的技术就是合法的。

1998年，荷兰一名16岁少女被残忍地强奸后杀害，一年后，法医学家彼得·德·克尼弗（Peter de Knijff）为了取证而分析了凶手精液内的DNA并由此推断凶手的种族。然而彼得·德·克尼弗的行为在当时是彻底非法的，因为荷兰法律虽然允许使用DNA信息进行传统DNA识别（比如亲子鉴定），但是当时明确规定通过DNA推断种族、相貌以及潜在的致病可能性是非法的。不止荷兰，在德国，比利时以及美国的印第安纳州和怀俄明州也明确规定了该手段的非法性。

图七：敢为天下先的彼得·德·克尼弗（Peter de Knijff）

如此有用的技术为什么却被认为是非法的？

桑卡尔（Sankar）是美国国家人类基因组研究院的一名成员，她指出尽管使用DNA推断诸如种族、面部特征等表型是具有很高准确性的，但是这种推断从本质上来讲还是一个概率事件，意思就是说我们从来不能够百分之百地相信DNA的表型推断，即使它可以给我们超过百分之九十的把握。警察可能会利用这些种族和面部特征的预测作为借口去针对弱势群体。

如此地严格控制这项技术可能确实是过于保守了，但是，DNA信息的本质是一个人的隐私，当权力机构或者公众需要查看个人隐私时，这永远是一个敏感而需要小心谨慎的行为。■

（作者系美国哥伦比亚大学医学中心微生物和免疫学系在读博士）

在美国堪萨斯州的一间实验室里，阿拉塞利•鲁提斯（Aracely Lutes）通过克隆繁殖，制造出了一个完全由雌性组成的蜥蜴新物种。这项研究并没有涉及到基因工程，而鲁提斯仅仅通过一轮繁殖就完成了制造物种的过程。

这项壮举与通常物种形成的速度形成鲜明对比。经典的物种形成过程是这样的，不同种群偶然被分开，无论是被空间、时间、捕食者、性选择，还是交流障碍。它们之间的差异逐渐增大，最终会无法产生适宜生存且可繁殖的后代。看，原来只有一个物种，现在变成了两个。

这种缓慢的分化过程也有例外。不同物种有时会交配，产生杂种，而杂种的基因组由双亲的基因共同组成。这些杂种个体通常是不育或虚弱的（例如骡子）。但在极少数情况下，它们会存活并兴旺繁殖。例如，加勒比地区有种杂种的蝙蝠，基因组来自三个不同物种，而其中一种已经灭绝。其它哺乳动物，例如红狼和短尾猴最初也可能是杂种。科学家们渐渐发现，物种的融合在生命史上再常见不过了。

有些类群特别容易杂交。北美的鞭尾蜥蜴 Aspidoscelis 就是其中的大师。新墨西哥州的12种鞭尾蜥蜴里有7种都来自杂交。比如，新墨西哥鞭尾蜥蜴 Aspidocelis neomexicana 是西部鞭尾蜥蜴 A. inornata 与小条纹鞭尾蜥蜴 A. tigris 的杂交种。

在这些“联姻”当中，新物种的诞生只是一瞬间的事情。杂种蜥蜴的基因组与双亲的完全不同，因此不能与双亲所在的种交配。它们拥有无性繁殖的能力，全部为雌性，“女儿”完全来自对“妈妈”的克隆。

这些现有物种的基因组证实了它们的出身，但要想看到真实的物种形成过程则是难上加难。科学家们在野外发现的第一代杂交种几乎都是不育的。有一个课题组甚至花了29年在实验室中培育新的杂交种，实验涉及到230只蜥蜴、9个物种、5种不育的杂合体，但却没有一次成功过。

在许许多多次失败中有个引人注目的例外。1967年，威廉•尼夫斯（William Neaves）提到了一只杂种蜥蜴（西部鞭尾蜥蜴与奇瓦瓦斑点鞭尾蜥蜴 A.exsanguis 的杂交种）生下的两个蛋，然而在孵化之前，蜥蜴蛋就干燥了。没人知道这个杂种蜥蜴究竟能不能繁殖后代。

但对于鲁提斯来说，这个信息已经够用了。她开始繁育杂种鞭尾蜥蜴，所用的组合与尼夫斯所描述的相同。结果她成功了。

鲁提斯获得了六个蜥蜴蛋，全部为雌性奇瓦瓦斑点鞭尾蜥蜴与雄性西部鞭尾蜥蜴的杂交种。六个蛋都成功孵化，而小蜥蜴的大小与花纹都与奇瓦瓦斑点鞭尾蜥蜴类似，只不过继承了西部鞭尾蜥蜴的淡蓝色尾巴。它们每个基因都有四个拷贝，三个来自母亲，一个来自父亲，不像通常状况下只有两组基因。而且它们确定是可育的。

其中四只雌性蜥蜴成功地复制了自己，而它们的女儿与外孙女也是如此。这四只实验室蜥蜴创造的王朝已经传到了第三代，拥有68名家庭成员。这深刻地证实了有关新墨西哥其它蜥蜴起源的假说。

这些蜥蜴算一个新物种吗？领导这项研究的彼得•鲍曼（Peter Baumann）认为答案是肯定的，但他也说“观点因人而异”。因此他并没有给这个杂交种正式命名。“有关命名新种的话题充满争议，我们不想将对这项发现的关注转移到命名上来。只要杂交种继续繁衍，总有一天我们会需要给它个名字。”他说。

同时，实验室培养的杂交种也带来了一系列新问题。与祖先种相比，它们在野外中能生存吗？当然，在实验室中杂交种能捕杀活蟋蟀、活甲虫，与它们的父母不相上下。也许鲁提斯的蜥蜴是“未来可能出现在美国西南部或墨西哥北部沙漠中某种蜥蜴的原型。”

或者，也许它们早就出现在野外了，只是还没被发现。“要么它们被错误鉴定为了奇瓦瓦斑点鞭尾蜥蜴，要么就一定有个让它们不能在野外存活的生态学原因。”鲍曼说，“我们目前在两方面都展开了追踪研究。”

来源：果壳网“科技名博”主题站、《国家科学院院刊》5月4日论文摘要

Ent 审稿

“个人基因测序服务又添新产品：想知道您能否长命百岁？只需要刮取少量口腔上皮细胞，我们将为您解读命运的天书！”

面对这样的广告，你是急不可待，跃跃欲试？还是绞着手帕，万般纠结？若属后者，令人心安的是这样的产品远未上市；而对于前者，则有捷报传来——科学家们向此目标大大迈进了一步。

波士顿大学生物统计系的保拉·萨巴斯蒂亚尼（Paola Sebastiani）与医学院的托马斯·波尔斯（ThomasPerls）所领导的研究团队在《科学》杂志上发表论文，声称通过分析150个遗传基因的记号，可以预测个人活过百岁的概率。“预测模型的正确率达到77%。”这是否意味着已经炙手可热的个人基因测序业务将很快提供该项服务？波尔斯澄清：“作为文章作者，我们并不认为时机已经成熟。”此外，除了预测，我们还能做些什么？这项研究是否意味着科学家们成功定位一百五十个“长寿基因”，进而很快就能弄清了长寿的生物机制，甚至可以利用医药或者基因工程的方式来促使人人长寿？萨巴斯蒂亚尼却冷静地告诉记者：“此刻所做的一切只是统计分析而已，若想要了解其中的生物机制，以及这些基因记号究竟为（人类长寿）做出了多大贡献，还有许多工作要做。所以，这只是第一步。”那么，我们究竟应该怎样解读这项科研的意义？且从这150个遗传基因的记号从头说起。

百里挑一的差异

我们绝大部分的遗传密码，记载在细胞核内二十三对长链般的DNA上，而每条长链由四种核苷酸分子组成。你可以将核苷酸看做四色的珠子，千万颗乃至上亿颗这样的珠子串在一起，它们的颜色和顺序，记载了我们从双亲那里继承而来的遗传信息。如果从北京街头随便抓来两个毫无亲缘关系的陌生人，他们体内每条长链99.5%以上的部分都是完全一致的。也就是说，这俩人之间，平均每上百颗珠子里，只有一颗的颜色不同。

如果在在一小段DNA里，只有一颗珠子在人群中有不同颜色（通常只有两种颜色），这颗珠子所在的位置，就被称作“单核苷酸多态性”（singlenucleotide polymorphism, 缩写SNP,读音snip）位点。纵观人类基因组，平均每一百到三百个核苷酸里会出现一个SNP位点，而我们个体基因组中90%的花样，都以SNP的形态存在。可以说，每人都有一套颜色特异的SNP珠子，它们虽然相对数量不大，却使得我们遗传密码个性鲜明，并为个体差异起到可观的决定作用。

既然SNP如此关键，近年来，运用一种叫做全基因组关联（genomewide association, 缩写GWA，读音giwa）分析的特殊研究手段，从众多SNP位点中找到与特定健康状况“有关”的那些，成为遗传界炙手可热的领域。简而言之，这样的研究通常找来两组人群，一组有特定健康状况——譬如患有某种疾病，而另一组没有。科学家们通过分子生物学的手段，确定每个被试个体体内一组SNP珠子的颜色是红是绿，再通过统计方法，计算红色（或绿色）珠子是否特别容易出现在患有疾病的被试体内，如果答案卫士，该SNP就被判为与这种疾病“相关”。

预示长寿的密文

过去五年里，利用GWA，科学家们已经先后发现成百上千个SNP，分别与四十多种疾病相关——其中包括心血管疾病、糖尿病、自闭症、癌症等常见疾病。而本文开头所提到的研究者，则找来两组已过世的老人的血样：一组特别高寿，终年在95岁到119岁；而另一组则与广大群众差别不大，终年在53岁到90岁之间。研究者先从二十六万个SNP中，找出数十个各自与长寿相关的单个SNP位点；又建立统计模型，找到一套“具有预测性的”SNP，共有150个。通过确定每一个被试体内这套SNP的颜色，他们可以计算出该个体活过百岁的概率——如果超过一半，就被定义为“很可能高寿”。由于被试的寿命都已知，把计算机算出来的结果和实际情况一比较，发现77%的百岁老人都确实被模型预测为高寿者，这，就是“准确性达到77%”的来源。

那这是否意味着，如果有人对你体内这150个SNP进行测定，就能以77%的准确度预测你能否活到百岁呢？显然并不是这么简单。首先，GWA手段很容易受到被试的特定遗传背景（譬如所属人种）的影响，利用GWA手段所得到的类似研究结果，都需要在不同人群中得到多次重复确认，才能被学界认可。而预测的准确性，也很容易受到影响。事实上，波尔斯他们也在研究中重复过两次，每次的准确性都不相同。

其次，“统计是最大的谎言”虽然是一句行内人的笑话，但也说明对统计结果的解释，需要格外谨慎：用任何统计方法计算出来的、代表概率或准确性的结果，严格来说，都只在统计学本身的范畴里有意义。在科学家们做出进一步的功能性实验和分析之前，这些结果并没有显著的生物学意义。事实上，GWA所找到的大多数SNP，都很可能与长寿毫无关系，只是因为误差、实验设计的特点，或者这些SNP正巧和导致长寿的基因做了近邻，才被找了出来。另外，这150个SNP远未涵盖所有与长寿相关的遗传密码——在异常高寿的老人中，有三十位被模型判断为“活到百岁希望渺茫”，而他们之中不少人却有着悠久的长寿家族史，这就暗示着还有其他促进长寿的遗传因素并未被发现。

最后，科学家们最担心的，则是如果这项研究被直接用于个人基因测序，会对每个接受测序的顾客产生什么样的心理暗示——如果你知道自己基因优良，会不会纵容自己抽烟酗酒？又或者如果你发现自己活过百岁的可能性不大，会不会自暴自弃，变成一只沙发土豆？事实上，虽然遗传密码对我们的健康起到至关重要的作用，但外界环境的影响却绝对不容忽视——在很多情况下，环境的作用甚至远远大于基因。过于强调基因的作用，而忽略健康生活习惯的重要性，对于任何人，都将是一场灾难。有研究表明，基因对我们是否能活到85岁，只起到20-30%的作用。而就在这项研究之中，有15%的未活到百岁的被试却被计算机定位为“高寿者”。换言之，他们很可能继承了优秀的长寿密码，却因为其他因素而无缘高寿。

刚刚起步的探索

对于生物医学研究者，统计概率固然重要，但最关键的，恐怕是怎样利用这些统计结果，来摸清生命现象之下的生理基础，并进一步探索能为人类健康服务的道路。这些年来，GWA研究之所以风起云涌，则在于科学家们认为，它能有效地为进一步的研究指明方向，提供枪靶。在GWA之前，为了找到疾病的遗传根源，遗传学家往往需要做大量的家族连锁分析。这样的工作，相当费时费力，并需要研究者提出预设猜想——猜测致病基因在DNA上的大致位置。而且，大多数常见疾病的罪魁祸首都可归结于多个基因的共同作用，可传统的遗传连锁分析却对多基因分析效果不佳。而GWA相对简便快捷，不需要任何关于基因位置的预设，可以同时分析数以十万计的遗传基因位点，一举找出多个与疾病有统计相关性的基因密码，自然备受研究者的青睐。

GWA找到的与健康状况相关的SNP位点中，有两种对生物医学研究意义重大：一种能直接影响基因功能的SNP位点。这些位点是红是绿，往往可以决定该基因所制造出来的蛋白质的序列、功能，直接影响生理。2005年，科学家们曾经利用GWA一举发现导致老年性黄斑变性（age-relatedmacular degeneration，一种在老人中极为常见的致盲因素）的基因“补体因子H”（ComplementFactor H）。这个基因与炎症相关，似乎和视力风马牛不相及，若非GWA研究，恐怕很少有人会想到它是重要嫌犯之一。另一种SNP位点，本身并不影响到任何基因的功能，可是却因为与嫌犯在DNA上位置接近，被GWA发现。科学家们于是可以顺藤摸瓜，通过这些地图标识般的SNP，找到真正的罪魁祸首。恐怕大多数的GWA研究所能找到的SNP，还是属于这后一种情况。

萨巴斯蒂亚尼和波尔斯的研究中所找到的与长寿相关的SNP，有一些似乎确实在衰老机制中有着一席之地。这些SNP曾在过去的遗传相关性研究中被发现，与老年痴呆、肌肉萎缩、骨骼代谢、免疫应激等方面相关。今后，它们将会作为备选基因，供研究衰老的科学家细细省视。另外，当这篇文章的作者们分析那些两千多个已知的、与老年疾病相关的SNP位点时，他们惊讶地发现，这些SNP的分布，在长寿组与对照组之间，并没有任何区别。这可能预示着，长寿的秘诀不在于免于继承那些致病基因，而在于拥有一批“健康基因”，能延缓老年疾病的发作——事实上，大多数百岁老人，在他们九十来岁时，还相当健康，少有病痛。

不过，这样研究结果的复杂性意味着：想通过一两个基因来全面解释为何有人能特别长寿？这样的努力不太可能“结出硕果”，英国纽卡斯特大学衰老与健康研究中心的主任托马斯·柯克伍德（ThomasKirkwood）说，“我们不是在寻找那几个设定生命时钟的基因。事实的真相，当它被揭露时，将会异常繁杂。”

参考文献：

原文：

• Sebastianiet al., Genetic Signatures of Exceptional Longevity in Humans，Science DOI: 10.1126/science.1190532，http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/science.1190532v1

其他参考论文:

• Cordell HJ, Clayton DG. Geneticassociation studies. 2005 Lancet366:1121-31.

• Dawn Teare M, Barrett JH. Geneticlinkage studies. 2005 Lancet 366:1036-1044

• Klein RJ et al., Complement Factor HPolymorphism in Age-Related Macular Degeneration 2005 Science 308:385-389

• Pearson TA How to Interpret aGenome-wide Association Study. 2008 JAMA 299:1335-1344

• Psychiatric GWAS ConsortiumCoordinating Committee, Cichon S et al., Genomewide association studies:history, rationale, and prospects for psychiatric disorders. 2009 Am JPsychiatry. 166:540-556

参考网站：

• http://www.nature.com/news/2010/100701/full/news.2010.328.html
• http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=128239173&ps=cprs
• http://www.genome.gov/20019523
• http://health.mytelus.com/channel_health_news_details.asp?news_id=21758&news_channel_id=2104&channel_id=2104
• http://en.wikipedia.org/wiki/Genome-wide_association_study
• http://en.wikipedia.org/wiki/International_HapMap_Project

作者：赵承渊

这种事情听上去未免会让人感到惊慌：无论你走到哪里，似乎都有一双眼睛在看着你。去理发店，发型师会轻而易举地藏起你的几根头发；在饭馆吃完拉面，老板娘会带着一丝冷笑捡起你刚刚揩过嘴巴的纸巾；办公室的同事会不经意地用崭新的复印纸划伤你的手臂；随后，这些东西被转移到一些戴口罩，穿白大褂的家伙们手里，经过一些瓶瓶罐罐的碰撞和嗡嗡的机器处理之后，从打印机里吐出一张纸条，纸条上的内容对你保密，却被除你之外的所有人知晓。于是杯具发生了：你的女朋友把你甩了；老板决定不再同你续约；保险公司不接受你的投保；你想出门，航空公司拒绝售机票……1年后，你在孤苦伶仃和众人怜悯的目光中走完了自己的一生 ——你挂了，死因是肺癌。

荒谬么？在人类刚刚迈进基因时代的时候，就已经有人为这些事情担忧了。如果在未来，任何个人只要愿意付出足够的金钱并提供样本，就能在基因测序公司那里得到DNA检测报告和说明。如同开头所说的那样，带有个体遗传信息的样本实在是太容易弄到了，结局就是让人恐慌的“基因歧视”和“隐私外露”。另外，个体对自身基因检测的兴趣也不能小觑，据调查，70%的人愿意去做基因测试以得知自己患老年痴呆的风险。可以相信，随着基因研究的逐步深入和技术的进步，人类社会也许会因此发生重大变化。

但是现在说这些还是显得为时过早。对于癌症和基因，虽然近些年有了较多进展，但还远远未到“一张纸条断生死”的程度，何况很多癌症的发生并不完全由基因决定。当下基因组学对癌症治疗的帮助，还处在初级和零星阶段。人们认识到，DNA拷贝数的改变，基因的缺失，突变，重排，插入是癌症发病的重要原因；新型转录因子的发现为人们认识癌症打开了另一扇大门；某些可遗传的变异会使某些特殊家族的人群对癌症易感；基于此，新型的抗癌药物不断在实验室诞生。

现在，针对癌症的分类不再局限于过去采用的组织学方法，分子标记和微阵列分析mRNA表达谱能够帮助我们区分多种癌症亚型。通俗地说，同是乳腺癌，显微镜下看上去组织学类型也相似的两个人，经过基因组学方法分析之后可能会是完全不同的癌症亚型，不同的亚型就意味着不同的治疗手段。随着癌症亚型分型逐渐细化，有一天我们终将实现癌症治疗的个体化。一旦发现癌症就千篇一律“开刀，放化疗”的日子将一去不复返了。基因表达标记还能为我们提供判断预后的可靠指标。基于基因组图谱的评分系统能帮助医生判断患者治疗后复发的风险，乳腺癌，结肠癌和某些血液系统肿瘤已经开发出这样的系统，正在接受循证医学的检验。这样一来，医生在选择治疗方案时会更有理有据，患者也将得到对于他本人来说最合适的治疗方案。

基因组学还能帮助我们寻找对抗癌症的有效药物，并告诉我们哪些患者对这些药物反应良好。1998年美国FDA批准曲妥珠单抗（赫塞汀）治疗HER2表达阳性的转移性乳腺癌。所谓HER2表达阳性，是指这类患者癌症细胞表达人表皮细胞生长因子受体2，曲妥珠单抗能够特异性阻断表皮细胞生长因子与其受体2的结合，从而阻断肿瘤细胞的生长。现在，曲妥珠单抗已经成为HER2表达阳性乳腺癌的首选治疗。沿着这个思路，许多小分子抑制物进入了癌症治疗的临床试验，并取得了一定效果。抑制肿瘤基因表达的蛋白也是研究方向之一：有些肿瘤基因能够编码特异的蛋白质，这些蛋白质又能够启动一些特殊程序，最终造成恶性循环并最终使得细胞特性发生改变，细胞生长不受控制。抑制这些特异蛋白质，就能阻断癌症发展的恶性循环。伊马替尼（格列卫）在慢性粒细胞白血病治疗方面的成功就是这个思路的典型例子。

在经过治疗之后，如何判断癌症有没有复发，复发的程度如何呢？过去，我们多是采用一些影像学方法，例如CT，B超，核磁或者PET来评价，而当肿瘤复发尚处于萌芽时期，这些方法就显得无能为力了。基因研究给我们带来了新的手段。我们可以在血液中寻找肿瘤组织特异的标记物，标记物越多，则往往说明肿瘤负荷越大，这在血液系统肿瘤中尤为有效。这些标记物可以是肿瘤基因编码的蛋白，也可以是肿瘤组织分泌的产物，甚至可以检测突变癌基因的拷贝数。这将为我们早期发现肿瘤复发，早期治疗节省宝贵时间。

现在我们已经了解了一些可遗传的基因变异，这些变异有些是令人兴奋的，例如某些人天生对艾滋病的某一亚型不易感，还阴差阳错地经由骨髓移植治愈了一例艾滋病 ；另一些变异则令人忧人忡忡，比方说携带有BRCA1 和BRCA2基因的人罹患乳腺癌和卵巢癌的风险会升高，这在疾病预防方面有重要意义。在未来，癌症筛查会更有针对性，那些携带特殊风险基因的人群将受到更多关注。现在我们又回到了本篇开头的情况：这些个人信息如何保护？携带特殊基因的人是否会遭到基因歧视？如何看待基因研究给全社会带来的变化呢？

基因研究无疑给癌症治疗打开了新的天地，而基因检测是福是祸，则需要人们的智慧去面对。

参考文献
Ultan McDermott, James R. Downing, Michael R. Stratton. Genomics and the Continuum of Cancer Care. N Engl J Med 2011; 364:340-350

鸣谢
tracy@bazhua. 基因检测，是福是祸？

美国和欧洲科学家组成的研究小组，公布了一只被捕获的名为苏西的红猩猩的基因草图，一同发布的还有10只野生红猩猩的不完整的图谱。

红猩猩是婆罗洲(一半属马来西亚,一半属印尼)和印尼苏门答腊本地动物，它们的栖息地正遭受破坏，被砍伐，或是变成了油棕榈种植地。

10只野生红猩猩中，5只来自婆罗洲，5只来自苏门答腊。研究者发现，婆罗洲的红猩猩遗传多样性要低一些。这似乎有点奇怪，因为婆罗洲的红猩猩数量是苏门答腊的6~7倍。不过有研究者表示，因为我们还没有完全理解遗传多样性和种群数量的关系，这也并不太让人吃惊。

通过比对苏门答腊和婆罗洲红猩猩的DNA，研究者估计这两者是在约40万年前进化分离的，比之前认为的要晚很多。

研究者也将红猩猩的基因与黑猩猩和人类做了对比，并吃惊地发现红猩猩的基因演化得要慢得多。研究者表示，红猩猩也会像人类一样得心血管病和自发性糖尿病。论文发布在1月27日的《自然》（Nature）杂志。

这些数据或许可以帮助人们拯救红猩猩这一濒危动物， 根据遗传多样性来优先救助一些种群，动物园中的红猩猩繁育也能从中受益，以把基因多样性提升到最大。即使这些数据不能帮助拯救红猩猩，也可能可以帮助推进我们对人类遗传病的认识。

来源：《自然》网站1月26日报道、《自然》1月27日论文

色人 审稿