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警犬分辨得出雙胞胎

陸子鈞
・2011/06/20 ・246字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 433 ・四年級

雙胞胎看來似乎能從DNA刑事鑑定中脫罪,但毛茸茸的高手,能確保正義得以伸張。在一項新的研究中,科學家找來一群雙胞胎,包括異卵及同卵雙生,擦拭了他們的臉頰內側後,將擦拭樣本放入罐子中。研究團隊測試十隻德國狼犬,要牠們在模擬考中,找出裝有相同氣味的罐子。每隻狼犬測試12次,沒有一次失誤!即使小孩住在一起;吃一樣的食物;有相同的DNA特徵。無庸置疑的,狼犬是犯罪現場調查的好手。

資料來源:ScienceShot: Police Dogs Can Distinguish Identical Twins [16 June 2011]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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鑑識故事系列:狗咬狗,滿嘴…mtDNA
胡中行_96
・2023/08/14 ・1957字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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愛犬慘死,兇手逍遙法外。縱然不是每個人都如電影《捍衛任務》的 Johon Wick,身懷絕技,謀求私刑正義;[1]透過科學管道,至少可以討個答案,獲得心靈平靜。義大利某隻母的傑克羅素㹴(Jack Russell Terrier),橫屍寵物旅館的院子,得年 8 歲。犬舍的網子破裂,有向內拉扯的痕跡。寵物旅館老闆養的3隻荷花瓦特犬(Hovawart),嫌疑重大;然而事後到場的獸醫,卻認為野生狐狸或海狸才是罪魁禍首。傑克羅素㹴的主人心有不甘,遂找上波隆那的一所動物疾病預防研究機構(L’Istituto Zooprofilattico Sperimentale della Lombardia e dell’Emilia-Romagna)。[2]

非當事傑克羅素㹴。圖/Oskar Kadaksoo on Unsplash

解剖狗屍

這隻傑克羅素㹴死後,在日均溫 7 °C 的環境,被擱置 18 到 20 個鐘頭。接著於 − 18 °C 的冰庫裡,凍了 1 個月,才被研究機構拖出來驗屍。從外觀看來,牠生前的健康狀況良好。不過,毛皮沾血,且有 14 道 7 至 10 公厘,略呈橢圓,邊緣清楚的咬傷,分佈於頸、肩、胸、肋弓、大腿(照片)和鼠蹊。另外,腰部還有個 10 公分長,2.5 公分寬的大傷口。剝掉狗皮後,可見創傷頗深:左邊頸、胸的肌肉浸潤於血中;胸腔與腹腔內,也有輕微出血;肋間肌、肋膜及腹壁穿孔;並有一根肋骨骨折。綜合以上,牠顯然死於咬傷穿透胸部,[2]使空氣在肋膜腔中累積而壓迫肺臟,[3]所導致的氣胸(pneumothorax)。[2]那麼究竟是什麼動物如此殘暴?

nDNA vs. mtDNA

兇手遺留在死者身上的 DNA,是指認身份的好線索。[2]細胞中的細胞核(nucleus)和粒線體(mitochondria)都含有 DNA,[4]分別簡稱為 nDNAmtDNA,兩者並不相同。以人類為例,前者包含從雙親得來的 2 至 3 萬個基因;後者則有 37 個,主要遺傳自母親。[5]分析 nDNA 的短縱列重複序列(short tandem repeat;STR),也就是一些鑑別度高的小片段;[4]或是單核苷酸多型性(single nucleotide polymorphism;SNP),即DNA序列中單一鹼基的變異,[6]便能辨識個體。[2]

以此案來說,最理想的作法,當然是從㹴犬身上的咬傷取樣,分析 nDNA,再比對兇嫌的樣本。可惜屍體於運送的過程中,大概已經受到汙染,驗了也未必準確。再加上寵物旅館的老闆,絕不可能讓3隻荷花瓦特犬配合調查,這個辦案方向根本毫無希望。[2]

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好在天無絕人之路,數根 5 到 10 公分不等,顏色有深有淺的毛髮,不僅卡在死者的牙縫裡(照片),還纏於腳掌上。它們出現的位置奇怪,長得又跟梗犬的不同,或許正是來自兇手。儘管鑑識採集的毛髮時常不帶毛囊,[2]而髮幹的 nDNA 含量又極低,不過會有相當充足的 mtDNA,[7]可以辨識物種。於是,鑑識人員挑了最長又最完整的 4 根送驗。[2]

死者的腳掌,纏著兇嫌的毛髮。圖/參考資料 2,Figure 3(CC BY 4.0)

狼 vs. 犬

毛髮 mtDNA 分析的結果,顯示其來源非狼即犬,才不是獸醫瞎說的狐狸或海狸。如果進一步由傷口位置,回推攻擊方式,嫌疑範圍又會縮得更小:[2]

(Canis lupus)作為掠食者,攻擊講求效率。最好不太耗費能量,便獵得豐美肉食。特別是遇到傑克羅素㹴,這種小型犬的時候,會朝頸部直接咬死,然後狼吞虎嚥。此外,該寵物旅館附近,沒有狼出沒。[2]

相對地,(Canis lupus familiaris)打起架來,才會全身從頭到尾胡亂咬。好不容易把對方搞癱了,卻放著全屍一口沒吃。因此,本案的兇手應該是中、大型犬,而且當時有機會與死者接觸的,唯有那 3 隻毛髮長度和顏色,與證物完全吻合的荷花瓦特犬。[2]

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非當事荷花瓦特犬。圖/Oxborrow on Wikimedia Commons(Public Domain)

身後貢獻

鑑識團隊完成狗主人託付的任務後,撰文介紹將 mtDNA 的細胞色素 b 基因(cytochrome b gene),放大並定序,最後確認物種的細節。[2]雖然不曉得他們的努力,是否有助司法公道,但是好歹已為學術研究貢獻心力。天下蒼生多少默默無聞,死後被立碑著傳的又有幾個?一隻備受寵愛的傑克羅素㹴,能榮登學術期刊,也算不枉此生。

  

參考資料

  1. John Wick’. IMDb. (Accessed on 02 AUG 2023)
  2. Roccaro M, Bini C, Fais P, et al. (2021) ‘Who killed my dog? Use of forensic genetics to investigate an enigmatic case’. International Journal of Legal Medicine, 135, 387–392.
  3. McKnight CL, Burns B. (15 FEB 2023) ‘Pneumothorax’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  4. Department of Emergency Services and Public Protection. ‘Nuclear DNA’. U.S. Connecticut’s Official State Website. (Accessed on 01 AUG 2023)
  5. Storen R, Smith E. (11 JUN 2021) ‘Mitochondrial donation in Australia.’ FlagPost by Parliament of Australia.
  6. Gunter C. (01 AUG 2023) ‘Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs)’. U.S. National Human Genome Research Institute.
  7. Tridico SR, Koch S, Michaud A, et al. (2014) ‘Interpreting biological degradative processes acting on mammalian hair in the living and the dead: which ones are taphonomic?’. Proceedings of the Royal Society B, 2812014175520141755.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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駭人女師命案 8 年偵破,僅靠一枚小指紋——阿善師鑑識科學講堂
Mirror Voice_96
・2022/12/29 ・2867字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文整理自台灣鑑識權威阿善師(謝松善)與鏡好聽共同製作的有聲課程 《阿善師鑑識科學講堂》 ,更完整內容,請上鏡好聽收聽。

  • 文章來源|鏡好聽

1994 年 11 月 15 日,台北市內湖區新湖國小舉辦園遊會,時任國小老師的吳曉蕙,當天下午至地下停車場洗車後,便一去不返。同校男老師騎車進入地下室時,見到一輛白色汽車停在車道上,引擎發動、車門打開,現場有一些洗車用的器具,還有散置的衣物以及拖行的痕跡,往痕跡尾端一看,竟然看到一具赤裸的女屍——正是不幸遇害的吳曉蕙老師。

然而,當年保護案發現場的觀念尚未普及,在檢警趕到前,已經有許多人來到地下室停車場,甚至設置香案祭拜、用校內值班室使用過的被單覆蓋屍體⋯⋯現場被嚴重破壞,地下室的鞋印新舊雜沓,足跡紊亂,採集到的指紋,一一比對後,皆排除犯案可能,只剩下車內面紙盒上採檢出兩枚較小的指紋與掌紋,實在無從比對,僅研判可能是吳曉蕙曾載過的學生留下。檢警苦尋不著犯罪者,而屍體面部慘遭覆蓋泥土,場面駭人,成為當時震驚社會的一樁懸案。

2002 年,該案沈寂八年後,終於偵破,而破案關鍵正是那無從比對的小指紋!黃姓嫌犯於 2002 年因犯下性侵案而終於指紋建檔,與當年面紙盒上採證到的指紋相符。而黃嫌在警方的偵訊中,也承認了在八年前、年僅 15 歲時犯下了吳曉蕙老師命案,還供出了當年年僅 11 歲的另一位共犯。

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所有人都沒想到,當初那起駭人聽聞的命案,竟是小孩所為,但另一方面,從鑑識科學的角度來看,則突顯了「指紋」此關鍵線索的重要性。

觸物留痕 人各不同

「指紋第一個重要的特點就是『人各不同』而且『各指不同』,指紋之所以做人個化的鑑別,就是因為每一個人的指紋不同且十個指頭的指紋也不同,而第二個特點就是,指紋還是『永久不變』的,雖然會隨著人的成長而變大,但卻不會改變其紋型、特徵不變。」人稱阿善師的鑑識專家謝松善在《阿善師鑑識科學講堂》解說指紋的五大特性。

另外,指紋還有「觸物留痕」、「短期不滅」的特點。指紋會代謝汗液,觸摸物品後,會留下紋路,不過留存時間則因環境因素,如濕度、溫度、通風、日曬等等而有不同,但一般多可以留存一週至一個月左右。其中在吸水性物質上的留存時間可能更長,如紙張、布等等,因指紋的汗液可以滲透到纖維中,可保留較久。曾有一案例,某指文學家將圖書館的書做指紋鑑定,結果採集到了三十年前借閱者的指紋。

最後,指紋還有「損而復生」的特性,假使有病變、脫皮,只要痊癒就會恢復原本的狀態,不會改變紋線特徵,但若用外力破壞,如用刀具、磨砂等等,癒合過後則是生成新的指紋特徵。

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案發現場常見的指紋型態

談完指紋的特性後,阿善師接著介紹案發現場常見的指紋型態,這對於鑑識人員來說,是判斷現場如何踩中的重要依據:

  • 明顯紋:肉眼即可觀察到之平面狀指紋,如手指沾染血跡、油垢後,接觸他物時所轉印的指紋。
  • 成型紋:手指接觸柔軟且無彈性之物面時,所遺留之立體狀指紋,如手指輕觸未乾油漆面、廚房的油垢或嚼過的口香糖等,所留下的立體狀指紋。
  • 潛伏紋:手指接觸物體時,汗腺分泌物所遺留下不易察覺的紋線,如手指觸摸紙張或金屬表面所遺留之指紋,是佔現場最大宗的指紋類型,也是鑑識人員潛心研究的類型。

常見的指紋採證方法

而根據指紋類型的不同,包括指紋本身條件、所在環境、接觸材質及儀器設備等等,鑑識人員會選擇適當的採驗方法,常透過以下三種方式採證指紋——固體法、液體法、氣體法。

首先,犯罪影集常見到鑑識人員帶戴著口罩、手套,拿著一把刷子,在物體表面上刷呀刷,那就是所謂的粉末法,也就是固體法的其中一種代表作法。

因為手指分泌汗液是指紋能沾附即被顯現的重要原理,汗液的成分中有 98.5% 的水分及油脂等代謝物,這些物質都具有黏性,因此粉末法即用毛刷,沾附極細的粉末,刷上物體表面,指紋的黏性把粉末黏住,就會把指紋紋型顯現出來。

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另一種固體法為磁粉法,原理與粉末法類似,只不過不適用粉末跟毛刷,而是以帶有碳粒子的鐵粉,運用磁鐵棒(即磁性檢出器,磁筆)吸取磁性粉(鐵粉),輕輕在檢體上掠過,再吸除多餘的磁性粉即可顯現。

而第二種液體法,代表性的作法即寧海德林法(Ninhydrin),也是普遍使用在吸水性物體的一種指紋顯現方法。。指紋有很多代謝物,其中物質可以跟某些化學藥劑產生反應,而寧海德林法即是用一種氨基酸反應成色試劑(寧海德林試劑),以噴霧、浸潤或灑覆法潤濕,讓原先看不到的潛伏紋,透過代謝物與有機溶劑產生化學反應,呈現深紫色生成物。

最後,氣體法的代表作法是氰丙烯酸酯法(Cyanoacrylate Adhesive,又稱瞬間接著劑法、 三秒膠法),也是普遍使用在不吸水性物體的一種指紋顯現方法。指紋汗液代謝物成份中存在水份及其他含陰離子之分子,氰丙烯酸酯會與這些分子產生聚合反應而使指紋顯出。

所以,將檢體置於密閉容器或空間內,再將氰丙烯酸酯(也就是三秒膠)置於加熱盤上加熱,使氰丙烯酸酯蒸發,若可調節溼度時,理想之溼度為百分之六十至八十之間,直到白色指紋顯現為止。當煙燻一段時間後,取出檢體並檢視其上之潛伏指紋,若紋線不足時,可視情形重複煙燻多次,直到反應完全為止。

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而採集到指紋後,鑑識人員怎麼判斷兩枚指紋是否出自同一人?阿善師提到,除了紋型、紋線流向相符外,還要找到超過12個特徵點相符,是鑑識上判斷為同一枚指紋的標準。過去是透過人工,一張一張去比對、找出特徵點,執行上非常困難,後來數位化,透過電腦比對,效率相對提高,但因為現場找到的指紋通常有很多模糊或破損的部分,因此仍需靠人工去確認、判斷。

儘管指紋鑑定並非完美無缺,但從吳曉蕙老師命案的例子來看,卻是破案的關鍵線索,也是鑑識領域不可獲缺的技術。除了指紋之外,阿善師還在《阿善師鑑識科學講堂》有聲課程中,講解了其他的鑑識關鍵技術,如血液、彈道、測謊、DNA 等等,每一項技術,搭配一件重大命案,透過阿善師的解說,聲歷其境,彷彿跟著鑑識人員重返犯罪現場,在刑案實務中,學習鑑識領域的基礎知識!

現在就上鏡好聽收聽《阿善師鑑識科學講堂》

Mirror Voice_96
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鏡好聽長期經營「知識好好玩」Podcast,找來各領域的專家、教授,分享包含動物、哲學、犯罪心理學、物理等知識。

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