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制作：密歇根大学谭小田
主任：中国科学院计算机网络信息中心
虽然不到年底，但优秀的刑侦剧已经成为大家心中的“2017年最佳国产网剧”。
那就是《白夜追凶》。潘粤明老师在这部作品中分饰了一对长相酷似，生活背景与性格却大相径庭的的双胞胎兄弟。但除了潘老师精湛的演技之外，好奇心旺盛的观众们也对另外一个问题产生了浓厚的兴趣，那就是如何区分一对双胞胎兄弟/姐妹留下的生物检材？
双胞胎，可以粗略地分为由同一个受精卵分裂而来的同卵双胞胎和由两个不同卵子独立受精发育而来的异卵双胞胎。
其实在所有双胞胎中，有百分之八十的比例都是异卵双胞胎。但由于异卵双胞胎之间的亲缘关系，和普通的同胞兄弟姐妹之间并没有什么差别，也就不会存在难以辨别的问题。而有关同卵双胞胎的问题就要复杂许多，由于这两个个体均来源于同一个受精卵，在不考虑发育中突变的情况下，他们出生时会拥有完全相同的遗传信息。
事实上，潘粤明老师在剧中扮演的关宏峰、关宏宇兄弟，就是这样一对同卵双胞胎。
长相酷似的关宏峰、关宏宇兄弟
一、如何区分一对同卵双胞胎中的两个个体？
剧中关氏兄弟的人设，与经典的同卵双胞胎设定几乎完全一样：长相酷似，身高接近，血型相同，DNA特征一致，甚至连脸上的伤疤都一模一样，能用以区分二者的特征，着实不多。
一对双胞胎的指纹，上面为其中一位的，下面为另一位的
剧中两兄弟最明显的区别，应该就是性格和处事方式了。虽然两兄弟所携带的遗传信息基本一致，但成长环境和个人经历对一个人性格的影响，要比先天遗传明显得多。
剧中，关宏峰是警校科班毕业，一路在公安系统中升到了某直辖市区级刑侦支队支队长。他显然和武警出身、被开除又从事了物流工作的关宏宇有着截然不同的个人经历。在本剧的人设中，看两兄弟智商相近（受遗传影响更大），但个性却不尽相同，其实也算是科学了。
能够用以区分这两个个体的另一个比较明显、也比较客观的标志是指纹。简单来说，指尖皮肤的发育与分化，更像是一个混沌的过程，换句话说，指纹的形成不止受基因控制，同时也受胚胎发育后期的一些环境因素的影响。
而即便是双胞胎，由于在子宫内发育后期的体位不尽一样，最终形成的指纹也只有大致形状上的相似而不是绝对的一致。这也就是为什么关宏宇在关宏峰家要一直戴着手套以免留下指纹的原因。如果以此类推，本剧结尾情节中，弟弟顶替哥哥入狱，其实是一定会露馅的，这可以算是本剧到第一季结束最大的一个bug。
除了指纹这样的物理信息以外，一部分生化类遗传信息也可以作为区分同卵双胞胎的切入点。虽然两个个体的DNA序列基本一致，但双胞胎个体的RNA和蛋白表达谱还是会由于生长环境的因素产生分别。其中，RNA，尤其是mRNA浓度的改变可能和基因或转录因子的甲基化有关。而蛋白含量上的变化，涉及的影响因素就更多了。
例如剧中关宏宇是武警出身，运动能力明显强于胞兄关宏峰，那我们可以推测，他血液内的血红蛋白含量及红细胞数量可能会高于不太善于运动的关宏峰。与此类似的是，关宏峰长期生活在城市，关宏宇则有过很长的军营生活，所接触的病源肯定也不同，这样他们体内也可能会出现大相径庭的抗原来源 （可以通过筛选抗体免疫原得知）。
另外，人血液中其它的分子含量也可能受疾病或生理活动的影响发生重大变化。例如，在剧中，关宏峰曾经因为在夜间执行任务时发生了意外，产生了非常严重的心理阴影，并患上了黑暗恐惧症。这可能是因为关宏峰的某些器官（很有可能是负责对光反应的下丘脑）发生了功能性异常。
如果这类病变没有伴随DNA突变或表观遗传改变，那检测他的应激反应基因就不会发现任何问题。但他在黑暗中会出现出汗、发抖、心跳加快、恐慌等反应，说明他在发病前后的血液激素及神经递质水平（推测包括肾上腺髓质激素，糖皮质激素，乙酰胆碱等）一定发生了重大改变。而这些对黑暗环境的特殊反应在关宏宇那就不会发生。
遗憾的是，由于检材的不稳定性，不管是RNA、蛋白、激素还是神经递质，都只能通过采集新鲜血液样本来进行检测。这样的方法对于区分同时到场的"关宏峰"和"关宏宇"可能很会非常客观准确，但对于区分他俩留下的干性生物检材（比如干了的血迹或组织样本）或区分他俩的后代，意义就不是很大了。
写到这儿，就不得不说关宏宇自己在剧中提出的一个很坑的问题。
兄弟俩在冰天雪地中谈心时，他说"咱俩的后代不分你我"，并提出了支持这个说法的"论据"--"做亲子鉴定的话，分不出来"。
先不说高亚楠听见的话会不会炸毛，关宏宇的这个观点，从科学上说，对吗？
二、同卵双胞胎的后代，做亲子鉴定能分清亲爹/妈吗？
1. 传统的特征点DNA鉴定技术很可能分不清
如前文所说，同卵双胞胎是从同一个受精卵分裂出来的。这就是说在胚胎发育的早期，这两个个体应该拥有完全一致的DNA信息。但在后来漫长的分裂与发育过程中，两个个体的DNA都会累积一些互相无关的随机突变，一小部分基因也会产生同源重组。
更为关键的是， 在不考虑致病性局部突变的情况下，全身上下各处细胞的DNA都应该是完全一样的。也就是说，从身体任何一处获得的组织样本 (包括皮屑，毛囊，血液)，都能拿来分析DNA序列上的突变。这些DNA序列上的突变点对区分两名双胞胎来讲没什么意义，但却是区分他们后代的关键。
假如高亚楠所生的孩子需要进行亲子鉴定以确定他是关宏宇还是关宏峰的后代，这些变异点就成了比较明显的遗传特征。由于现在的DNA亲子鉴定技术，采用的一般是比较数量有限的几个（一般是10-30个）特征片段的长度（RFLP法），比较短片段重复序列的个数（STR法），以及比较特征片段的序列(也包括比较特征片段内部的单核苷酸多态性)的方法。
这就意味着，使用传统的特征点DNA鉴定技术在浩如烟海的DNA序列内（每个人类体细胞内有二十九亿个DNA碱基对）找到数量稀少的（在出生时大约只有300多个）双胞胎个体间差异点，无异于大海捞针。若一定要找到他们DNA序列上的不同，恐怕只能增加特征片段个数，或进行广泛的，乃至全基因组DNA测序了 （价格也会相当感人）。
图片来自百度百科
限制性片段长度多态性的检测方法 不同来源的片段往往会有不同的长度，可以用琼脂凝胶电泳法显示。
2. 要区分的话，也不是没有办法
除了上一段介绍的大范围DNA测序法，表观遗传信息也可以为同卵双胞胎后代的亲子鉴定提供一定的帮助。
虽然在每个人出生之后，外显子基因内部的DNA序列本身会保持相对稳定，但序列上所带的甲基修饰，很可能受环境影响发生一些变化，这就是表观遗传学的研究范畴了。
如果DNA片段出现甲基化，有可能导致某段基因的转录效率发生降低。与此相反，如果一段DNA出现了去甲基化的状况，就可能会导致它所在的那段基因异常活化。而这些都会导致下游蛋白的浓度出现异常变化，从而导致个体的某些器官出现功能异常。这个过程在肿瘤的发生和恶变中非常常见。
剧中关宏宇经常吸烟，而关宏峰从不吸烟，关宏宇的呼吸道细胞，乃至全身的细胞中，都可能出现由于甲基化改变造成的抑癌基因活性降低。关宏峰的黑暗恐惧症也许可以作为另一个例子。两年前强烈的精神刺激，除了可能导致他下丘脑功能异常以外，也有一定概率会导致他有关应激反应的基因片段出现表观遗传改变（但这种情况一般只会在童年受刺激时出现）。
而这些由于刺激或疾病导致的表观遗传特征，也是可以传递给下一代的。也就是说如果关宏峰真得是由于表观遗传上的改变而患上了黑暗恐惧症，那他的后代没准也会出现类似的症状。而关宏宇的后代，也可能因为表观遗传上的改变而出现抑癌功能不足等状况 （当然这种事更常发生在母亲吸烟的情况下）。
很遗憾的是，基于表观遗传信息的亲子鉴定方法现在还不太成熟。而且很多的表观遗传改变，也仅发生在特定的病变组织内。即便是因吸烟或"黑暗恐惧症"一类的特殊状况而发生了全身性的表观遗传变化，除非已经知道了亲代（就是剧中关氏兄弟这一辈）的变化情况，进行针对子代相应基因的定向检查，否则仅凭随机抓取特征片段的方法，还是很难抓取到带有表观遗传代表性的基因片段。而进行这类DNA甲基化检测，需要进行成本较高的亚硫酸盐测序，这也比检测常规的DNA序列要更复杂一些。（近些年也有一些如解链温度分析法一类的低成本非测序性表观遗传分析方法出现，但离实用都还比较远）。
甲基化核苷酸会导致那一段的DNA转录效率出现降低
总之，想要用一对同卵双胞胎留下的生物检材来区分两个个体，还是可以通过包括指纹比对和各项血清标记物 （包括RNA, 蛋白，激素，神经递质）检测在内的数种客观方式实现的。但看了上面的文章，大家估计能意识到，关宏宇说得基本没错，想要用生物检材来确定这一对双胞胎留下的后代到底是哪个人的孩子，还真是得费一番功夫呢。
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