28 年前的南医大藏尸案告破,DNA 技术是怎么成为「法证先锋」的?

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03-04 16:33

1992 年 3 月 20 日,南京医学院(现南京医科大学)的学生林伶在晚自习后再也没回过宿舍。

4 天之后,林伶的尸体在学校教学楼天井中的下水道被发现。经法医鉴定,系被人用钝器击打头部、实施强奸后,按入下水道中死亡,作案手法十分残忍。

这起轰动一时的南医大藏尸案,南京市公安局曾抽调数百名精干警力,核查了数千条线索,走访排查人员超过 1.5 万人,可依然没有任何突破,最终成为了一宗悬案。

仿佛《杀人回忆》的剧情,凶手似乎永远消失在了那个雨夜。

然而今年 2 月 23 日,凶手就在案发地附近的家中被警方抓获。这起尘封 28 年的悬案,如今却只用了 3 天就成功破案,幕后功臣是一种叫做 Y-STR 的 DNA 检测技术。

这种技术已经不是第一次成为破获陈年悬案的关键,号称位列「中国四大谜案」之首白银市连环杀人案,在美国杀害 12 人、强奸 45 人的「金州杀手」,都是因为这种技术才得以被锁定。

正如韩剧《信号》里所说,这是现代科学送给被害人的礼物。

南医大藏尸案告破,DNA 技术再次成为「法证先锋」

根据南京警方披露的信息, 2 月 21 日南京市局法医中心发现,从「3.24 南医大杀人案」死者身上采集的 DNA 数据,与沛县被盘查人员麻某侠高度吻合。但麻某侠并不是凶手,但基本确定凶手就是麻某侠的近亲。

得知这一消息后,南京市公安局刑警大队 DNA 实验室立刻调取 Y 库家系工匠系统,排除了麻某侠家系中 11 位符合年龄条件的男性后,最终锁定了家住南京市的麻某钢,经过鉴定,麻某钢的 DNA 果然与死者阴道拭子 DNA 分型一致。

2 月 23 日,麻某钢正式被警方抓获。原来这名消失了 28 年的凶手,一直就生活距离案发现场 10 分钟路程的石鼓路。在邻居眼中,麻某钢只是一名普通的司机,喜欢狗,为人和气热情。

那么警方是怎么通过 DNA 检测技术来找出真凶的呢?DNA 检测技术有很多种,为什么只有 Y-STR 能做到?

要解答这个问题,首先需要简单了解 Y-STR 技术的原理。顾名思义,这是一种以 Y 染色体鉴定为基础的男性家族检测技术。

正常情况下,人体有一共有 23 对染色体,其中 22 对为常染色体,1 对为性染色体。而 Y 染色体是男性才有的染色体,只能在父子之间或统一父系中单向传递,因此同一父系的所有男性个体中,包括兄弟,父子,叔侄,堂兄弟和祖孙等,都具有同源的 Y 染色体。

虽然 Y 染色体在遗传过程总会发生突变,但在 10 代之内通常不会发生大的变化。而 STR(Short Tandem Repeat,短串联重复片段)则是 Y 染色体上遗传标记, STR 序列的重复次数在个体和家系间有显著差异性。

研究显示目前经确认的 STR 位点已经有 200 多个,也就是说,如果两个人的 Y 染色体有 4 STR 位点完全匹配,他们拥有共同父系祖先的概率接近 95%,如果有 5 到 9 个 STR 位点完全匹配,他们拥有共同父系祖先的概率则趋近于 100%。

过去十几年来 DNA 检测技术已经广泛运用与刑侦破案中,但前提是要获取疑犯本人的基因数据进。而 Y-STR 技术打破了这一限制,无需拿到犯罪嫌疑人本人的 DNA 进行精确比对,只要获取其父系亲属的 DNA,就基本锁定了嫌疑人所在的家族,大大缩小了排查范围。

▲图片来自:New Scientist

据南开大学分子生物学博士生张游介绍,除了父系遗传,Y-STR 另外最大的两个特点是男性独有和单倍型遗传。

Y 染色体只有男性持有,因此 Y-STR 技术可以在男女混合的样本中对男性成分进行精确分析,在针对女性的犯罪中,不会被女性受害者成分所干扰。

而 Y-STR 是单倍遗传,过程中不发生重组,个体也只有一个等位基因,因此在轮奸等多人作案而产生的混合样本中,也可以分辨出涉案的人数。

据世界各国统计的罪犯性别比例中,男性罪犯普遍占到 90% 左右, Y-STR 技术在大部分的刑事案件中都可能有用武之地。

只有 Y-STR 技术也是不够的

虽然 Y-STR 技术可以缩小警方的排查范围,但和常染色体的 DNA 检测技术一样,同样需要比对的 DNA 数据,近年来警方可以借助 Y-STR 技术破解多起悬案,还要归功于 Y-STR 数据库(以下简称「Y 库」)的建设。

郑州是中国最早建设 Y 库的城市,从零几年开始建设,到 2014 年已经拥有覆盖全市的数据库。建设不久就帮助郑州警方破获了一起 10 多年前的抢劫金店案,但 Y 库被各地重视起来,还是在白银案之后。

白银连环杀人案的凶手高承勇,当年躲过了警方全城涉及超过 10 万人的 DNA 排查,没想到却在 28 年后,他的远房堂叔因行贿被采集血样,相同的 Y 染色体暴露了自己。

▲白银案凶手高承勇受审.

白银案之后,不少法医机构学者呼吁加快建设  Y 库。公安部还在 2018 年发布了一个 Y 库建设的「三年规划」,要求各地用 3 年时间建成自己的 Y 库。除了中国,目前美国、瑞士、意大利、德国、波兰,以及亚洲的日本、韩国都以及逐步建立起自己的 Y 库

在美国,除了官方的数据库,一些民间的 DNA 数据平台也会为警方所用。2018 年美国警方破获了一起尘封 20 年的连环奸杀案,将臭名昭著的「金州杀手」缉拿归案,靠的就是一家提供免费 DNA 分析服务的网站 GEDmatch。

▲「金州杀手」Joseph James DeAngelo. 图片来自:ABC News

由于 Y-STR 技术可以通过 Y 染色体追踪整个家族,采样的规模也可以缩小。某省级刑侦大队刑警林恩正在接受《三联生活周刊》采访时表示,河南 500 万规模 Y 库,按祖孙三代男性 1:3:5 计算,基本已经可以覆盖全省的所有家庭。

尽管如此,Y 库的建设并不简单,这是一项极其耗费财力、人力、物力的工作。警方通常需要在没有家谱的情况下,来调查详细的家系关系,当中需要治安、刑侦、警务保障、派出所等多个警种和部门的配合,还要考虑领养、收养和基因突变等情况。

可见,在 Y-STR 技术屡破奇案背后,还有大量民警和检验人员的付出。如今已经进入 Y 库建设「三年规划」的最后一年,更多像南医大藏尸案这样的悬案,都有更大的希望被侦破。

人类第一次使用 DNA 破案之后,这项技术发生了什么变化?

1953 年,剑桥大学两位年轻的科学家詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克发现了 DNA 的双螺旋结构,开启了分子生物学时代,但将 DNA 技术用于案件侦破就要到 30 多年后了。

▲还记得当年生物课本上的这幅配图吗?

人类第一次将 DNA 技术用于刑事案件上,是在 1983 年和 1986 年在英国的两起连环奸杀案,警方最初通过遗留的样本血型将疑犯认定为当地一位 17 岁少年,但 DN A 指纹分析技术的研究者亚历克·杰弗里斯经过比对发现,这名少年并非真凶。

此后警方采集了当地 4853 位男性的血液或唾液样本,让亚历克·杰弗里斯制作「DNA」指纹进行分析,但依然没有找到和样本匹配的人。直到酒吧女服务生无意中听见,原来凶手 Colin Pitchfork 在采集样本时找了别人冒名顶替,这才将凶手绳之於法。

这起案件还在 2015 年被改编成剧集《真凶密码》,当中协助警方破案的亚历克·杰弗里斯(Alec John Jeffreys),正是 最早的 DNA 指纹分析及 DNA 特征测定技术发展者。

他在 1984 年发现了一种显示个体 DNA 差异的方法,并发明了 DNA 指纹鉴识技术。这项技术面世 8 个月后,就参与了第一起案件侦破。

▲ 亚历克·杰弗里斯. 图片来自:science source

DNA 虽然可以帮助有效警方破案,但碍于当时的技术限制,效率十分低下。杰弗里斯利用凝胶电泳技术来分离和识别 DNA 片段,一般需要六到八周的时间

DNA 指纹技术后来能被全球警方广泛使用,还要感谢发明聚合酶链式反应法(PCR)的 Kary Mullis。

▲Kary Mullis. 图片来自:TED Talks

PCR 技术可以指数倍扩增 DNA 的数量,一小时内就能产生 10 亿个原始 DNA 序列的副本,让 DNA 检测变得更加容易,还可以从几十年前残留的微小样本中分离出 DNA。Kary Mullis 也凭借这项发明获得了 1993 年的诺贝尔化学奖。

经过 30 年多的发展,法医鉴定的 DNA 检测技术也衍生出不同的类型。除了上文提到 Y-STR 技术,另一项广泛应用的还有线粒体 DNA 检验。

与细胞核内 DNA 相比,线粒体存活时间更长,具有在每个细胞有高拷贝数的特点,这意味能获取更多的基因位点进行检验。而且与 Y-STR 的 父系遗传恰好相反,只有母亲的线粒体 DNA 才会遗传到后代。

前两年有人宣称通过 DNA 技术确认了一百多年前臭名昭著的连环杀手,「开膛手杰克」的身份,提取的检测样本正是线粒体 DNA。利物浦大学分子生物学专家 Jari Louhelainen 从当年其中一名受害者 Catherine Eddowes 的披肩上的血迹中提取出线粒体 DNA 。

▲ Jari Louhelainen.

Jari 通过比对 Catherine 的五世外孙女的 DNA ,确认披肩上的血迹的确属于 Catherine 。这让 Jari 更加坚信,披肩上的精斑就是来自于开膛手杰克。

Jari 从当年警方怀疑的十几位嫌犯中锁定了一个叫做 Aaron Kosminski 的男性。但就像前面说的,线粒体 DNA 只能通过母系遗传,要怎么确认精斑是否属于 Aaron Kosminski 呢?

▲ Aaron Kosminski  画像.

最终 Jari 采用了和南医大藏尸案类似的思路,找到了 Aaron Kosminski 妹妹的后代,经过比对果然和精斑的线粒体 DNA 匹配,从而确认 Aaron Kosminski 为开膛手杰克。

不过这一结论也遭到了多位专家的质疑,法国国立科学警察研究所生物学专家 Claire Menut 指出,没有血缘关系的人也有一定概率拥有完全相同的线粒体 DNA,因此只能用来排除嫌疑人,不能单凭线粒体 DNA 确认凶手。

中国政法大学教授施鹏鹏也撰文质疑这起百年悬案中的 DNA 证据可能受到污染,即便披肩上有嫌疑人的 DNA 也不能证明其就是凶手。

这也反映了当前通过 DAN 技术破案的一个问题,看似可靠的 DNA 证据并不一定就是铁证,DNA 技术在刑侦领域中也不是万无一失的。

既是冤案粉碎机,也可能酿成冤案

正如历史上第一起应用 DNA 技术的案件,DNA 既是既可以找出真凶,也能让无辜的人沉冤得雪。

美国的非盈利组织的 「清白专案」(Innocence Project),就是致力于用 DNA 技术来矫正冤假错案。从 1992 年开始,该项目已经借助 DNA 技术成功为数百名蒙冤的疑犯翻案,当中不少已经被判处死刑。

虽然 DNA 技术被称为「冤案粉碎机」,但如果过分迷信 DNA 证据,也可能会造成冤案的发生。

纽约大学法学教授 Erin Murphy 在 《深入细胞:DNA 证据的阴暗面》(Inside the Cell: the Dark Side of Forensic DNA)一书中,就介绍了一些因为 DNA 技术使用不当而酿成的冤案。

2012 年一位 Lukis Anderson 的流浪汉被指控谋杀硅谷的富豪 Raveesh Kumra,因为在后者被杀的家中发现了 Lukis Anderson 的 DNA,似乎没有比这更有力的证据了。

不过一个月后警方调查发现 Lukis Anderson 并非凶手,那他的 DNA 为什么会出现在被害富豪家中呢?

▲. 图片来自:PBS

原来案发当天 Lukis Anderson 曾因为酒精中毒入院接受治疗,而照顾他的医护人员恰好参与了凶杀现场的处理工作,Lukis Anderson 的 DNA 就这样被带到了死者家中。

《国际法医学杂志》(International Journal of Legal Medicine)的一篇文章指出,你将一件蹭过脖子的衣服拿给别人,就可能将 DNA 物质转移到对方身上。如果被有心人利用,甚至可能用以嫁祸他人。

▲握手也能造成 DNA 转移.

除了 DNA 转移,另一种导致冤案的原因就是取样或分析时样本受污染或被调换。1998 年美国休斯敦一位 16 岁少年,就因为警方技术人员搞错样本,白白坐了十几年冤狱

Erin Murphy 认为 DNA 技术存在的缺陷不可忽视,稍有不慎就会得出不公正的结论。

这个漏洞百出的刑事审判系统即使出现错案也不懂得反思,而现在它的武器库中又添了一件强大的武器。

其实将 DNA 技术引入案件的亚历克·杰弗里斯也深知这个问题,因此强调必须大量取样、对比测试、反复确认。那些 DNA 技术酿成的冤案也在提醒着我们,必须客观谨慎地看待和使用这项技术。

未来甚至能通过 DNA 还原嫌疑人的外貌

虽然 DNA 技术是把双刃剑,也不能否认其在案件侦破中起到的重要作用。科学家也不断研发新的 DNA 检测技术,其中可能对未来影响重大的一个方向,是通过 DNA 还原人类外貌。

在 2016 年美国得克萨斯州的一起凶杀案中,帕拉班纳米实验室 (Parabon NanoLabs) 通过疑犯留下的 DNA,绘制出疑犯的画像,以协助警方破案。

▲帕拉班纳米实验室通过 DNA 数据合成的疑犯画像. 图片来自:LancasterOnline

不过这样还原出的嫌疑人画像,与真人还是有不小差距的。帕拉班纳米实验室负责人表示,这只能他们给警方提供疑犯的大致外貌特征。

因为通过 DNA 还原人类外卖的技术难度十分大,首先需要确定那些基因与外貌相关,脸型、肤色、发色、眼镜颜色等外观特征还不是单基因决定的,要将这些信息联系起来,完全还原出一个人的外貌,目前还没有技术可以做到

但近年来这个领域也取得了一些突破,已经可以做到根据 DNA 比较准确地预测眼睛、头发和肤色等特征。

法医遗传学家 Manfred Kayser 曾在期刊《人类遗传学》(Human Genetics)发表的一篇论文,展示了通过 DNA 信息预测发色的研究成果,称对于红色和黑色人群的预测准确度高达 90%,对于棕色和金色人群的准确度也达到 80%。

随着人类在基因研究上的进展,未来或许真的可以依靠 DNA 还原一个人外貌,让 DNA 成为最可靠的目击证人。

在 1997 年的科幻电影《千钧一发》里,展现了一个唯 DNA 主义的社会。DNA 不止是每个人的身份证,性格、智商、能力和患病概率等数据都能从 DNA 中读取,没有经过基因编辑出生的人被称为「瑕疵人」。甚至就业时提交的简历就是 DNA。

我们似乎正离这样的社会越来越近,DNA 技术带给我们的,除了更高的破案率,还会有别的东西吗?

题图来自:《法证先锋 3》

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