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【科普】DNA怎么当作证据?

【科普】DNA怎么当作证据?
2013-09-07 08:37:18
在最近几年里,DNA证据已经开始在许多国家的刑事司法系统中发挥重要作用。它被用于证明嫌疑犯是否涉嫌犯罪,以及释放被错误定罪的无辜者。在美国,DNA证据在几起备受关注的刑事案件中,起到了不可或缺的作用。其中就包括O·J·辛普森案和1996年庄布娜·拉姆齐谋杀案的调查。


大部分人已经大概了解过什么是DNA。在你身体的每个部位,都隐藏着重要的说明手册和蓝图(有关详细信息,请参见细胞基础知识)。DNA分子是一条很长的扭曲链,称为双螺旋线。DNA看似非常复杂,但实际上它只是由四种核苷酸组成:
  1. 腺嘌呤
  2. 胞核嘧啶
  3. 鸟嘌呤
  4. 胸腺嘧啶
这些核苷酸以碱基对的形式存在,其链接方式像梯子的横档。其中,腺嘌呤和胸腺嘧啶总是成对结合,胞核嘧啶和鸟嘌呤总是成对结合。尽管人与人之间的绝大部分DNA没什么区别,但是DNA中大约有300万个碱基对(大约占整个基因的0.1%)却因人而异。
在人体细胞中,DNA由23对染色体紧紧包裹而成。每对染色体的其中一个条来自于母亲,另一条来自于父亲。换句话说,你的DNA是你母亲和父亲的结合体。除非你有个双胞胎兄弟,否则你的DNA就是独一无二的。这就是DNA证据在调查中如此有价值的原因,因为其他人几乎不可能拥有和你相同的DNA。

DNA证据揭秘

搜集犯罪现场出现的DNA和嫌疑犯的DNA


权威鉴定部门可以从几乎任何组织(包括毛发、指甲、骨头、牙齿和体液)中提取DNA。有时,调查人员找到了DNA证据但却没有找到嫌疑犯。这时,执法官员可以将犯罪现场的DNA,与存储在数据库中DNA图谱进行比较。美国最通用的数据库称为CODIS,意思是联合DNA检索系统(Combined DNA Index System)。CODIS由FBI维护。根据法律,美国所有50个州的权威鉴定部门必须搜集已定罪的性犯罪者的DNA样本,输入到CODIS中。有些州还要求所有已定罪的重罪犯提供DNA。

执法官员采用各种方法来检验DNA。准备和分析DNA的正确步骤根据调查人员所使用的方法而有所不同。但一般来说,检测过程都要检验DNA链的非编码部分。基因(组成人体细胞蛋白质的模板)只占DNA链的5%。DNA的剩余部分是非编码,并且包含许多重复碱基对。不同类型的检验要寻找和分析不同的碱基对重复图谱。

线粒体DNA分析

多数法庭DNA检验使用的材料来自细胞核。有时样本中没有细胞核,尤其在年代较长的组织样本(如毛发和牙齿)。在这种情况下,调查人员通常使用线粒体 DNA分析,它使用来自细胞线粒体的DNA。

限制性片段长度多态性 (RFLP) 分析是用于分析DNA的法庭首选检验方法之一。它分析DNA链(包含重复碱基对)的长度。这些重复的碱基对称为可变数目串联重复序列 (VNTR),这是因为它们能在任何地方以1到30倍的数量复制自身。

RFLP分析要求调查人员用酶(它会在特定点破坏DNA链)溶解DNA。重复的数量将影响每条 DNA结果链的长度。调查人员通过比较DNA链的长度来进行样本比对。RFLP分析需要未受灰尘污染的较大DNA样本。

聚合酶链式反应 (PCR) 分析是一项较新的技术,它可以在比较小的样本中放大DNA。这一过程通过生成许多与少量DNA完全相同的复制品来实现。它常用作短串联重复序列 (STR) 分析的预备阶段,这是当今最常用的法庭分析类型。


STR分析检验碱基对在DNA链中的特定基因座或位置重复出现的频率。这些情况可能是二核苷酸、三核苷酸、四核苷酸或五核苷酸重复——也就是二、三、四或五碱基对重复。调查人员通常在经过PCR扩增的样本中寻找四核苷酸或五核苷酸,因为这些样本的精确度可能是最高的。

在STR分析中,检验员必须:
  1. 从样本细胞中提取DNA
  2. 确定DNA的数量
  3. 使用PCR技术放大DNA
  4. 采用毛细管电泳提取放大的DNA

这几个步骤劳动强度相当大,但现在许多步骤可以通过机器人和计算机来完成。

FBI的CODIS数据库采用经过短链重复序列分析并检验了13个基因座的样本。两个人具有完全相同的13个基因座STR图谱的几率大约为十亿分之一。

1985年,DNA首次在法庭上充当审判证据,但直到1988年,DNA证据才真正做到把犯人送入监狱。在严重依赖统计预测的法庭科学中,DNA证据是一个复杂领域。在早期案件中,陪审员们必须面对充斥数学公式的大量证据,因此很容易在辩护律师诱导下产生怀疑。从那以后,许多改进措施允许犯罪调查人员完善他们所采用的技术,最终克服了对DNA识别技术合法性的质疑。这些改进包括:
  1. 新的检验程序——RFLP分析需要质量相对较高的大量DNA。新程序需要的DNA数量少很多,并且完成速度更快。
  2. DNA来源——一套独创性的取样方法,允许调查员们从过去很难使用,或者因污染严重而无法使用的样本中提取DNA。
  3. 扩充DNA数据库——许多国家(包括美国和英国)已经建立了详尽数据库,其中拥有数以十万计的独特个体DNA图谱。然而,这些数据库也产生了侵犯隐私的问题。DNA包含的个人信息比指纹多得多。例如,一个人的 DNA包含从瞳色到基因缺陷的一切信息。因为DNA中编有个人信息,所以有些人担心广泛使用DNA数据库,可能促使政府根据DNA编码区分人群,产生新型歧视。不过,目前人们并不认为FBI的CODIS数据库能与个人实际特征准确关联。
  4. 培训——犯罪实验室已经设计出许多正式程序来分析和处理证据,降低样本污染的可能性。在法庭方面,公诉人已经对提供基因证据的技巧更加了解,许多州制定了相应规则来监管DNA证据在法庭案件中的可接受性。有关详细信息,请参见何谓犯罪现场调查I。
  5. 科学教育——近年以来,世界范围内爆发了许多争论,比如使用DNA证据、克隆动物或销售基因改造的农作物。自那以后,有关DNA和其特性的课堂教学在许多地方已变得更加深入和广泛。
由于DNA 图谱证据在辛普森案中的重要表现,大多数人都知道刑事调查人员将DNA 图谱用于:
  1. 证明有罪——匹配的DNA图谱能将嫌疑犯与犯罪行为或犯罪现场联系起来。
  2. 为无辜者洗刷罪名——根据DNA证据,能将无辜者从死囚牢中释放出来。到目前为止,DNA证据在排除嫌疑犯方面,已经同指认和判定罪犯方面一样有效;由FBI进行的DNA图谱比对中,约30%的结果帮助警方排除了无辜嫌疑人。
在刑事法庭以外,DNA证据在以下方面也非常有用:
  1. 亲子鉴定和其他案例中,权威部门需要证明个体之间是否具有血缘关系——其中一个很不名誉的父子血缘关系案例是在1998年末由《自然》杂志刊登的。其内容是研究美国第三任总统托马斯·杰佛逊是否与他的一个奴隶生下了私生子。
  2. 鉴定性别——警察调查人员经常要为尸体或骨骸确认身份,这是他们不乐意面对的工作。DNA是恢复力很强的分子,而样本可以从毛发或骨头组织中轻松提取;死者的DNA图谱创建以后,可以与有失踪人口的家庭样本进行比对,确定两者是否匹配。就连军队也使用DNA图谱取代老式身份识别牌。每个新兵必须提供血液和唾液样本,这些储存的样本以后可用于鉴定在任务中死亡的士兵的身份。即使没有匹配的DNA来最终鉴别一具尸体,DNA图谱也是有用的,因为它能提供有关受害者的重要线索,例如,他或她的性别和种族。
  3. 研究人类种群的演变——科学家试图使用从全世界的尸骨和活人中提取的样本,来说明早期人类种群可能经历了全球性移居,以及形成多个不同种族的过程。
  4. 研究遗传疾病——科学家还对具有遗传疾病(如老年性痴呆)的家族的 DNA特征进行研究,试图了解没有患这种疾病和患有这种疾病的人之间的染色体差别,希望将这些差别与疾病关联起来。
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