出品：科普中國
製作：密西根大學 譚驍天
監製：中國科學院電腦網路資訊中心
雖然還沒到年底， 但一部優秀的刑偵劇卻已經成為了大家心中的“2017年最優秀國產網劇”。 那就是《白夜追凶》。
潘粵明老師在這部作品中分飾了一對長相酷似， 生活背景與性格卻大相徑庭的的雙胞胎兄弟。 但除了潘老師精湛的演技之外， 好奇心旺盛的觀眾們也對另外一個問題產生了濃厚的興趣， 那就是如何區分一對雙胞胎兄弟/姐妹留下的生物檢材？
雙胞胎， 可以粗略地分為由同一個受精卵分裂而來的同卵雙胞胎和由兩個不同卵子獨立受精發育而來的異卵雙胞胎。
其實在所有雙胞胎中， 有百分之八十的比例都是異卵雙胞胎。 但由於異卵雙胞胎之間的親緣關係， 和普通的同胞兄弟姐妹之間並沒有什麼差別， 也就不會存在難以辨別的問題。 而有關同卵雙胞胎的問題就要複雜許多， 由於這兩個個體均來源於同一個受精卵， 在不考慮發育中突變的情況下， 他們出生時會擁有完全相同的遺傳信息。
事實上， 潘粵明老師在劇中扮演的關巨集峰、關巨集宇兄弟， 就是這樣一對同卵雙胞胎。
長相酷似的關巨集峰、關巨集宇兄弟
一、如何區分一對同卵雙胞胎中的兩個個體？劇中關氏兄弟的人設， 與經典的同卵雙胞胎設定幾乎完全一樣：長相酷似， 身高接近， 血型相同， DNA特徵一致， 甚至連臉上的傷疤都一模一樣， 能用以區分二者的特徵， 著實不多。
一對雙胞胎的指紋， 上面為其中一位的， 下面為另一位的
劇中兩兄弟最明顯的區別，
應該就是性格和處事方式了。
雖然兩兄弟所攜帶的遺傳信息基本一致，
但成長環境和個人經歷對一個人性格的影響，
要比先天遺傳明顯得多。
劇中， 關宏峰是警校科班畢業， 一路在公安系統中升到了某直轄市區級刑偵支隊支隊長。
能夠用以區分這兩個個體的另一個比較明顯、也比較客觀的標誌是指紋。 簡單來說， 指尖皮膚的發育與分化， 更像是一個混沌的過程， 換句話說， 指紋的形成不止受基因控制， 同時也受胚胎發育後期的一些環境因素的影響。
而即便是雙胞胎， 由於在子宮內發育後期的體位不盡一樣， 最終形成的指紋也只有大致形狀上的相似而不是絕對的一致。 這也就是為什麼關巨集宇在關巨集峰家要一直戴著手套以免留下指紋的原因。 如果以此類推，本劇結尾情節中，弟弟頂替哥哥入獄，其實是一定會露餡的，這可以算是本劇到第一季結束最大的一個bug。
除了指紋這樣的物理資訊以外，一部分生化類遺傳信息也可以作為區分同卵雙胞胎的切入點。雖然兩個個體的DNA序列基本一致，但雙胞胎個體的RNA和蛋白表達譜還是會由於生長環境的因素產生分別。其中，RNA，尤其是mRNA濃度的改變可能和基因或轉錄因數的甲基化有關。而蛋白含量上的變化，涉及的影響因素就更多了。
例如劇中關宏宇是武警出身，運動能力明顯強于胞兄關宏峰，那我們可以推測，他血液內的血紅蛋白含量及紅細胞數量可能會高於不太善於運動的關宏峰。與此類似的是，關宏峰長期生活在城市，關宏宇則有過很長的軍營生活，所接觸的病源肯定也不同，這樣他們體內也可能會出現大相徑庭的抗原來源 （可以通過篩選抗體免疫原得知）。
另外，人血液中其它的分子含量也可能受疾病或生理活動的影響發生重大變化。例如，在劇中，關宏峰曾經因為在夜間執行任務時發生了意外，產生了非常嚴重的心理陰影，並患上了黑暗恐懼症。這可能是因為關宏峰的某些器官（很有可能是負責對光反應的下丘腦）發生了功能性異常。
如果這類病變沒有伴隨DNA突變或表觀遺傳改變，那檢測他的應激反應基因就不會發現任何問題。但他在黑暗中會出現出汗、發抖、心跳加快、恐慌等反應，說明他在發病前後的血液激素及神經遞質水準（推測包括腎上腺髓質激素，糖皮質激素，乙醯膽鹼等）一定發生了重大改變。而這些對黑暗環境的特殊反應在關宏宇那就不會發生。
遺憾的是，由於檢材的不穩定性，不管是RNA、蛋白、激素還是神經遞質，都只能通過採集新鮮血液樣本來進行檢測。這樣的方法對於區分同時到場的“關宏峰”和“關宏宇”可能很會非常客觀準確，但對於區分他倆留下的幹性生物檢材（比如幹了的血跡或組織樣本）或區分他倆的後代，意義就不是很大了。
寫到這兒，就不得不說關宏宇自己在劇中提出的一個很坑的問題。
兄弟倆在冰天雪地中談心時，他說“咱倆的後代不分你我”，並提出了支持這個說法的“論據”——“做親子鑒定的話，分不出來”。
先不說高亞楠聽見的話會不會炸毛，關宏宇的這個觀點，從科學上說，對嗎？
二、同卵雙胞胎的後代，做親子鑒定能分清親爹/媽嗎？1. 傳統的特徵點DNA鑒定技術很可能分不清
如前文所說，同卵雙胞胎是從同一個受精卵分裂出來的。這就是說在胚胎發育的早期，這兩個個體應該擁有完全一致的DNA資訊。但在後來漫長的分裂與發育過程中，兩個個體的DNA都會累積一些互相無關的隨機突變，一小部分基因也會產生同源重組。
更為關鍵的是， 在不考慮致病性局部突變的情況下，全身上下各處細胞的DNA都應該是完全一樣的。也就是說，從身體任何一處獲得的組織樣本 (包括皮屑，毛囊，血液)，都能拿來分析DNA序列上的突變。這些DNA序列上的突變點對區分兩名雙胞胎來講沒什麼意義，但卻是區分他們後代的關鍵。
假如高亞楠所生的孩子需要進行親子鑒定以確定他是關巨集宇還是關巨集峰的後代，這些變異點就成了比較明顯的遺傳特徵。由於現在的DNA親子鑒定技術，採用的一般是比較數量有限的幾個（一般是10-30個）特徵片段的長度（RFLP法），比較短片段重複序列的個數（STR法），以及比較特徵片段的序列(也包括比較特徵片段內部的單核苷酸多態性)的方法。
這就意味著，使用傳統的特徵點DNA鑒定技術在浩如煙海的DNA序列內（每個人類體細胞內有二十九億個DNA堿基對）找到數量稀少的（在出生時大約只有300多個）雙胞胎個體間差異點，無異於大海撈針。若一定要找到他們DNA序列上的不同，恐怕只能增加特徵片段個數，或進行廣泛的，乃至全基因組DNA測序了 （價格也會相當感人）。
（圖片來自百度百科）
限制性片段長度多態性的檢測方法 不同來源的片段往往會有不同的長度，可以用瓊脂凝膠電泳法顯示
2. 要區分的話，也不是沒有辦法
除了上一段介紹的大範圍DNA測序法，表觀遺傳信息也可以為同卵雙胞胎後代的親子鑒定提供一定的幫助。
雖然在每個人出生之後，外顯子基因內部的DNA序列本身會保持相對穩定，但序列上所帶的甲基修飾，很可能受環境影響發生一些變化，這就是表觀遺傳學的研究範疇了。
如果DNA片段出現甲基化，有可能導致某段基因的轉錄效率發生降低。與此相反，如果一段DNA出現了去甲基化的狀況，就可能會導致它所在的那段基因異常活化。而這些都會導致下游蛋白的濃度出現異常變化，從而導致個體的某些器官出現功能異常。這個過程在腫瘤的發生和惡變中非常常見。
劇中關宏宇經常吸煙，而關宏峰從不吸煙，關宏宇的呼吸道細胞，乃至全身的細胞中，都可能出現由於甲基化改變造成的抑癌基因活性降低。關宏峰的黑暗恐懼症也許可以作為另一個例子。兩年前強烈的精神刺激，除了可能導致他下丘腦功能異常以外，也有一定概率會導致他有關應激反應的基因片段出現表觀遺傳改變（但這種情況一般只會在童年受刺激時出現）。
而這些由於刺激或疾病導致的表觀遺傳特徵，也是可以傳遞給下一代的。也就是說如果關宏峰真得是由於表觀遺傳上的改變而患上了黑暗恐懼症，那他的後代沒准也會出現類似的症狀。而關宏宇的後代，也可能因為表觀遺傳上的改變而出現抑癌功能不足等狀況 （當然這種事更常發生在母親吸煙的情況下）。
很遺憾的是，基於表觀遺傳信息的親子鑒定方法現在還不太成熟。而且很多的表觀遺傳改變，也僅發生在特定的病變組織內。即便是因吸煙或“黑暗恐懼症”一類的特殊狀況而發生了全身性的表觀遺傳變化，除非已經知道了親代（就是劇中關氏兄弟這一輩）的變化情況，進行針對子代相應基因的定向檢查，否則僅憑隨機抓取特徵片段的方法，還是很難抓取到帶有表觀遺傳代表性的基因片段。而進行這類DNA甲基化檢測，需要進行成本較高的亞硫酸鹽測序，這也比檢測常規的DNA序列要更複雜一些。（近些年也有一些如解鏈溫度分析法一類的低成本非測序性表觀遺傳分析方法出現，但離實用都還比較遠）。
甲基化核苷酸會導致那一段的DNA轉錄效率出現降低
總之，想要用一對同卵雙胞胎留下的生物檢材來區分兩個個體，還是可以通過包括指紋比對和各項血清標記物 （包括RNA, 蛋白，激素，神經遞質）檢測在內的數種客觀方式實現的。但看了上面的文章，大家估計能意識到，關宏宇說得基本沒錯，想要用生物檢材來確定這一對雙胞胎留下的後代到底是哪個人的孩子，還真是得費一番功夫呢。
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如果以此類推，本劇結尾情節中，弟弟頂替哥哥入獄，其實是一定會露餡的，這可以算是本劇到第一季結束最大的一個bug。除了指紋這樣的物理資訊以外，一部分生化類遺傳信息也可以作為區分同卵雙胞胎的切入點。雖然兩個個體的DNA序列基本一致，但雙胞胎個體的RNA和蛋白表達譜還是會由於生長環境的因素產生分別。其中，RNA，尤其是mRNA濃度的改變可能和基因或轉錄因數的甲基化有關。而蛋白含量上的變化，涉及的影響因素就更多了。
例如劇中關宏宇是武警出身，運動能力明顯強于胞兄關宏峰，那我們可以推測，他血液內的血紅蛋白含量及紅細胞數量可能會高於不太善於運動的關宏峰。與此類似的是，關宏峰長期生活在城市，關宏宇則有過很長的軍營生活，所接觸的病源肯定也不同，這樣他們體內也可能會出現大相徑庭的抗原來源 （可以通過篩選抗體免疫原得知）。
另外，人血液中其它的分子含量也可能受疾病或生理活動的影響發生重大變化。例如，在劇中，關宏峰曾經因為在夜間執行任務時發生了意外，產生了非常嚴重的心理陰影，並患上了黑暗恐懼症。這可能是因為關宏峰的某些器官（很有可能是負責對光反應的下丘腦）發生了功能性異常。
如果這類病變沒有伴隨DNA突變或表觀遺傳改變，那檢測他的應激反應基因就不會發現任何問題。但他在黑暗中會出現出汗、發抖、心跳加快、恐慌等反應，說明他在發病前後的血液激素及神經遞質水準（推測包括腎上腺髓質激素，糖皮質激素，乙醯膽鹼等）一定發生了重大改變。而這些對黑暗環境的特殊反應在關宏宇那就不會發生。
遺憾的是，由於檢材的不穩定性，不管是RNA、蛋白、激素還是神經遞質，都只能通過採集新鮮血液樣本來進行檢測。這樣的方法對於區分同時到場的“關宏峰”和“關宏宇”可能很會非常客觀準確，但對於區分他倆留下的幹性生物檢材（比如幹了的血跡或組織樣本）或區分他倆的後代，意義就不是很大了。
寫到這兒，就不得不說關宏宇自己在劇中提出的一個很坑的問題。
兄弟倆在冰天雪地中談心時，他說“咱倆的後代不分你我”，並提出了支持這個說法的“論據”——“做親子鑒定的話，分不出來”。
先不說高亞楠聽見的話會不會炸毛，關宏宇的這個觀點，從科學上說，對嗎？
二、同卵雙胞胎的後代，做親子鑒定能分清親爹/媽嗎？1. 傳統的特徵點DNA鑒定技術很可能分不清
如前文所說，同卵雙胞胎是從同一個受精卵分裂出來的。這就是說在胚胎發育的早期，這兩個個體應該擁有完全一致的DNA資訊。但在後來漫長的分裂與發育過程中，兩個個體的DNA都會累積一些互相無關的隨機突變，一小部分基因也會產生同源重組。
更為關鍵的是， 在不考慮致病性局部突變的情況下，全身上下各處細胞的DNA都應該是完全一樣的。也就是說，從身體任何一處獲得的組織樣本 (包括皮屑，毛囊，血液)，都能拿來分析DNA序列上的突變。這些DNA序列上的突變點對區分兩名雙胞胎來講沒什麼意義，但卻是區分他們後代的關鍵。
假如高亞楠所生的孩子需要進行親子鑒定以確定他是關巨集宇還是關巨集峰的後代，這些變異點就成了比較明顯的遺傳特徵。由於現在的DNA親子鑒定技術，採用的一般是比較數量有限的幾個（一般是10-30個）特徵片段的長度（RFLP法），比較短片段重複序列的個數（STR法），以及比較特徵片段的序列(也包括比較特徵片段內部的單核苷酸多態性)的方法。
這就意味著，使用傳統的特徵點DNA鑒定技術在浩如煙海的DNA序列內（每個人類體細胞內有二十九億個DNA堿基對）找到數量稀少的（在出生時大約只有300多個）雙胞胎個體間差異點，無異於大海撈針。若一定要找到他們DNA序列上的不同，恐怕只能增加特徵片段個數，或進行廣泛的，乃至全基因組DNA測序了 （價格也會相當感人）。
（圖片來自百度百科）
限制性片段長度多態性的檢測方法 不同來源的片段往往會有不同的長度，可以用瓊脂凝膠電泳法顯示
2. 要區分的話，也不是沒有辦法
除了上一段介紹的大範圍DNA測序法，表觀遺傳信息也可以為同卵雙胞胎後代的親子鑒定提供一定的幫助。
雖然在每個人出生之後，外顯子基因內部的DNA序列本身會保持相對穩定，但序列上所帶的甲基修飾，很可能受環境影響發生一些變化，這就是表觀遺傳學的研究範疇了。
如果DNA片段出現甲基化，有可能導致某段基因的轉錄效率發生降低。與此相反，如果一段DNA出現了去甲基化的狀況，就可能會導致它所在的那段基因異常活化。而這些都會導致下游蛋白的濃度出現異常變化，從而導致個體的某些器官出現功能異常。這個過程在腫瘤的發生和惡變中非常常見。
劇中關宏宇經常吸煙，而關宏峰從不吸煙，關宏宇的呼吸道細胞，乃至全身的細胞中，都可能出現由於甲基化改變造成的抑癌基因活性降低。關宏峰的黑暗恐懼症也許可以作為另一個例子。兩年前強烈的精神刺激，除了可能導致他下丘腦功能異常以外，也有一定概率會導致他有關應激反應的基因片段出現表觀遺傳改變（但這種情況一般只會在童年受刺激時出現）。
而這些由於刺激或疾病導致的表觀遺傳特徵，也是可以傳遞給下一代的。也就是說如果關宏峰真得是由於表觀遺傳上的改變而患上了黑暗恐懼症，那他的後代沒准也會出現類似的症狀。而關宏宇的後代，也可能因為表觀遺傳上的改變而出現抑癌功能不足等狀況 （當然這種事更常發生在母親吸煙的情況下）。
很遺憾的是，基於表觀遺傳信息的親子鑒定方法現在還不太成熟。而且很多的表觀遺傳改變，也僅發生在特定的病變組織內。即便是因吸煙或“黑暗恐懼症”一類的特殊狀況而發生了全身性的表觀遺傳變化，除非已經知道了親代（就是劇中關氏兄弟這一輩）的變化情況，進行針對子代相應基因的定向檢查，否則僅憑隨機抓取特徵片段的方法，還是很難抓取到帶有表觀遺傳代表性的基因片段。而進行這類DNA甲基化檢測，需要進行成本較高的亞硫酸鹽測序，這也比檢測常規的DNA序列要更複雜一些。（近些年也有一些如解鏈溫度分析法一類的低成本非測序性表觀遺傳分析方法出現，但離實用都還比較遠）。
甲基化核苷酸會導致那一段的DNA轉錄效率出現降低
總之，想要用一對同卵雙胞胎留下的生物檢材來區分兩個個體，還是可以通過包括指紋比對和各項血清標記物 （包括RNA, 蛋白，激素，神經遞質）檢測在內的數種客觀方式實現的。但看了上面的文章，大家估計能意識到，關宏宇說得基本沒錯，想要用生物檢材來確定這一對雙胞胎留下的後代到底是哪個人的孩子，還真是得費一番功夫呢。
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