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2015年諾貝爾化學獎-DNA的修補機制

諾貝爾化學獎譯文_96
・2015/10/08 ・5669字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

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2015年諾貝爾獎簡介

蔡蘊明譯

於2015年十月八日(歡迎轉載,但請引述本網址)http://www.ch.ntu.edu.tw/nobel/2015.html
本文譯自諾貝爾化學獎委員會公佈給大眾的新聞稿,原文可自以下官方網站取得:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2015/popular.html
若有興趣閱讀進階的資料,請由下列網址取得:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2015/advanced.html

*特別感謝現於美國德州農工大學攻讀博士的曹一允(我2008年的專題生)熱血相挺,幫我將圖片中文化兼校稿,正在國外進行人工DNA合成研究的一允宣稱今年的化學獎令他百感交集;另外感謝現於本系李弘文教授實驗室,攻讀碩士學位的林宇軒幫我校稿;還要感謝蔡明軒幫忙將此文放上台大化學系的網頁。附帶一提的是台大化學系的李弘文教授告訴我,莫瑞克在2013年來過台灣,並訪問過台大化學系;桑賈爾則在2012和2014年兩度來台,並造訪過台大化學系。林宇軒也告訴我:他們倆位來化學系的時候,和他們一起討論實驗的經驗真的很特別,提供許多深刻的見解和建議,會有醍醐灌頂、豁然開朗的感覺。幸哉!宇軒。

DNA修補 – 為生命提供化學的穩定

從一個細胞到另外一個,從一個世代到另外一個,控制人類形體的基因資訊在我們的體內流傳了千百年,它不斷地受到來自於環境的攻擊,但讓人驚訝的仍能保持完整。Tomas Lindahl (林達爾)、Paul Modrich (莫瑞克)、與Aziz Sancar (桑賈爾) 獲得了2015年的諾貝爾化學獎,這是因為他們繪製並解釋了細胞如何修補它的DNA而保護了基因的訊息。

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你到底是誰的依據,是在精子裡的23條染色體與卵子裡的23條染色體結合時所建立的,它們合起來形成了你體內最原始版本的基因體,亦即你的基因物質。所有需要用來創造你的基因資訊都存在於那個結合,如果有人將那些DNA的分子從這第一個細胞中抽出,並將它們排列起來,將會有兩公尺之長。

2015 nobel prize chem, PanSci

當受精卵接著分裂時,那些DNA的分子會被複製,所得到的子細胞也會得到一組完整的染色體,接著細胞再度分裂;二變四,四變八。在一個星期之後你擁有了128個細胞,每一個都擁有自己的一套基因物質,你的基因總長開始接近300公尺了。

現在 – 在許多許多億的細胞分裂之後 – 你的DNA可以一路伸展到太陽再繞回來,總共250圈,雖然你的基因物質被複製了那麼多次,那最近一次的拷貝仍然與原來在受精卵中製造出的原始版本幾乎完全相同,這就是生命分子所展示的偉大之處,因為從化學的角度來看,那應該是不可能的。所有的化學程序都很容易產生隨機的錯誤,此外,你的DNA每天都受到具有破壞性的輻射線以及高反應性分子的攻擊。事實上你早在發育成胚胎之前,就應該變成一堆混亂的化學體了。

你的DNA受到一群蛋白質的監控

年復一年,我們的DNA仍令人驚訝的保持完整,那歸功於一組分子修補機制的執行者:一群監控基因的蛋白質,它們持續的校對基因體並修補任何出現的損壞。2015年的諾貝爾化學桂冠頒給了Tomas Lindahl (林達爾)、Paul Modrich (莫瑞克)、與Aziz Sancar (桑賈爾),因為他們在分子的層次弄清了這些基礎的過程,並對一些遺傳性疾病在分子層次的成因,以及癌症的發展和老化背後的機制提供了重要的知識。

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林達爾莫瑞克、與桑賈爾分別的描繪了幾種與人類相關的DNA修補程序,這個故事始於出生於與諾貝爾相同國家的林達爾

 生命存在 – 因此DNA一定是可以修補的

“DNA到底真的有多穩定?”林達爾在1960年代的末期開始思考這個問題,在當時,化學的社群相信DNA的分子 – 所有生命的基石 – 是非常耐操的,根本不用擔心它們會發生甚麼事。演化的確需要突變,但是在每一個世代只會發生非常有限的次數,如果基因的訊息會很不穩定,將不會有任何多細胞生物體的存在。當他在美國普林斯頓大學進行博士後研究時,林達爾是在研究RNA分子,那是一個DNA的表親,但工作並沒有進行得很順利。在他的實驗中,需要將RNA加熱,但這總是導致該分子的快速分解。雖然當時已知RNA是比DNA更為敏感的,但是如果RNA受熱時會如此迅速的毀壞,那麼DNA真的會一輩子都很穩定嗎?這個問題開始駐留在他的心中。

在開始尋找這個問題的答案之前數年,他已經回到瑞典斯德哥爾摩的卡羅琳學院(Karolinska Institute),一些簡單的實驗證實他的懷疑是正確的:DNA會進行一個緩慢但可觀察到的衰變,林達爾估計每天會有上千個具潛在毀滅性的損傷出現於基因體中,這個頻率明顯的無法與人類在地球上存在的事實相存。他的結論是,一定存在著一個分子體系負責修補所有的DNA缺陷,基於這個想法,林達爾打開了進入一扇嶄新研究領域的大門。

特殊的酵素移除DNA的損傷

細菌的DNA與人類的DNA相仿,也是由許多核苷酸和腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、與胸腺嘧碇(T)等鹼基組成,林達爾開始利用細菌的DNA來尋找修復用的酵素。一個DNA在化學上的弱點是胞嘧啶(C)很容易脫去一個胺基,這就導致基因訊息的改變。在DNA雙股螺旋中,胞嘧啶(C)永遠是與鳥嘌呤(G)配對的,但是當胺基不見時,受破壞而剩下的部分傾向於和腺嘌呤配對,因此如果讓這個缺陷存在,突變將會在下一次DNA複製時發生,林達爾體認到細胞一定會有對此問題的保護機制,進而能找到一個細菌的酵素,它能從DNA上移除受損的胞嘧啶所剩下的那部分。在1974年,他將研究的結果發表了。

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林達爾將鹼基切除式修復的謎底拼湊出來

這是35年成功研究的開始,林達爾發現並檢驗了許多在細胞工具盒中的DNA修復蛋白質。在1980年代的開始,一段感情將他帶到了英國,在那裏他接受了倫敦皇家癌症研究基金會的一個位置,而在1986年他成為新成立的克萊霍爾(Clare Hall)實驗室的主任,該實驗室後來因為其科學上的創造力而成名。一點一滴的,林達爾將「鹼基切除式修復」如何運作的分子圖像慢慢的拼湊了出來,在此步驟中一些類似他在1974年發現的一組酵素,稱為醣苷酶(glycosylases)者,是DNA修復過程中第一步的執行者。鹼基切除式修復也會發生在人體中,在1996年,林達爾成功的在體外重現了人體中修復的程序。

2015 nobel prize chem, PanSci

林達爾而言,決定性因素就是體認到即便是當其分子坐落於受到細胞保護的環境中,DNA仍不可避免的會進行改變。不過DNA會受到環境中如紫外線照射等的攻擊而受傷是早就知道的事,而大部分的細胞,修補紫外線造成的破壞所用的「核苷酸切除式修復」機制,則是由出生於土耳其薩武爾(Savur),但是在美國工作的桑賈爾所釐清的。

寧願靠生物化學生活而不做醫生

桑賈爾還在伊斯坦堡修習醫學學位時,開始被生命分子的魅力所吸引,在畢業之後他在土耳其鄉下行醫,並工作了數年,但是在1973年,他決定開始研究生物化學,有個現象特別地激發了他的興趣:當細菌暴露於致死劑量的紫外線後,如果接著將它們用可見波段的藍光照射,會突然的復原。桑賈爾對這個幾近於奇蹟的效應非常的好奇;在化學上,那是如何運作的?

一位美國科學家Claud Rupert (路伯特)研究過這個現象,因此桑賈爾加入了路伯特位於美國達拉斯,德州大學的實驗室。在1976年,運用當時仍然生澀的分子生物工具,桑賈爾成功的選殖(cloning)了修補被紫外線破壞的DNA所用的「光分解酵素」(photolyase)之基因,這份工作成為他的博士論文,但是這份研究並未給人深刻的印象;他申請了三份博士後研究的工作,但都被打了回票,因此對於光分解酵素的研究必須放回架上。為了繼續研究DNA修補,桑賈爾在耶魯大學藥學院找到了一個實驗室技術員的工作,那是一個在該領域中持領先地位的研究機構,在這裡開始了最終導致他獲得諾貝爾化學獎的工作。

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桑賈爾 – 研究細胞如何修補紫外線造成的破壞

當時已經清楚的知道細菌具有兩套系統來修補紫外線的破壞:除了倚賴光線的光分解酵素,另一個在暗室中運作的系統也被發現。桑賈爾在耶魯大學的新工作同仁們自1960年代中期就開始研究這個暗室的系統,用了三個對紫外線敏感的細菌菌株,它們攜帶三種不同的基因突變:uvrAuvrB,與uvrC

如同他先前對光分解酵素的研究,桑賈爾開始探究這個暗室系統的分子運作機構。在幾年之內他想辦法找到、分離、並鑑定了這些被uvrAuvrB,與uvrC所編碼的酵素。在一系列突破性的體外實驗中,他展示了這些酵素能找出一個被紫外線破壞的位置,然後在DNA股鏈上製造兩個切口,分別在受損位置的兩端,接著,一個包含受損位置的12-13個核苷酸片段被移除。

人類與細菌運用類似的紫外線損害修補機制

桑賈爾這種從這個修補過程的分子細節中取得知識的能力,改變了這整個研究領域。他於1983年發表了這些發現,這個成就讓他獲得位於教堂山(Chapel Hill),北卡羅萊納州立大學生物化學系的副教授之職。在那裏,以同樣的精準度,他繪製出核苷酸切除式修復的下一階段。與其他包括林達爾在內的研究工作者平行的,桑賈爾研究了人體中的核苷酸切除式修復。將人體DNA中受紫外線破壞的部份切除的分子運作機構,比相對的細菌更為複雜,但是從化學的角度來看,核苷酸切除式修復在所有生物中的運作都很相似。

那麼,桑賈爾最初有興趣的光分解酵素又如何了呢?是的,他終究回到了這個酵素,揭開了讓細菌起死回生背後的機制。此外,他幫忙證實了有一個人體中對等於光分解酵素的化合物,幫助我們設定晝夜節律。

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該是讓我們來看看莫瑞克的工作的時候了,他也是從一個與修補機制有關的模糊想法開始的,從而以精采的分子細節雕繪出其輪廓。

學習〝DNA這個東西〞得到回報

莫瑞克成長於美國新墨西哥州北部的一個小鎮,那裏廣闊的景觀觸動了他對大自然的興趣。但是有一天,他的父親,一位生物老師,對他說“你應該學習這個叫做DNA的東西”。那是在1963年,正是華特生克里克因為發現DNA的結構而得到諾貝爾獎之後的那一年。

幾年之後,那個“DNA的東西”真的成為莫瑞克生活中的核心。他早期的研究生涯,包括史丹福大學的博士生,哈佛大學的博士後研究員,以及擔任杜克大學(Duke University)的助理教授,研究了一系列會影響DNA的酵素:DNA連接酶(ligase)DNA聚合酶(polymerase),以及Eco RI這個限制酶(restriction enzyme)。接著在接近1970年代末期,當他轉移注意力到Dam methylase (甲基化酶)這個酵素時,偶然發現了另一塊“DNA的東西”,那最後佔據了他科學生涯的一大部分。

兩股研究的交織

Dam甲基化酶會將甲基偶合到DNA上,莫瑞克展示了這些甲基可以作為信號站,幫助一個特定的限制酶在正確的位置切割DNA的股鏈。不過在幾年之前,在哈佛大學的一位分子生物學家,Matthew Meselson(麥瑟森),提出了DNA上甲基的另一種訊息功能。

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運用一些近乎藝術的分子生物技巧,麥瑟森建立了一個噬菌體(bacterial virus),具有DNA上的數個誤配的鹼基對,例如,A可能對到C而不是T。當他讓這些噬菌體感染細菌時,細菌修正了那些誤配。沒人知道為何此細菌會發展出這個功能,但是在1976年,麥瑟森做了一些推測,其中之一是它可能為一種修補機制,更正了那些在DNA複製時偶而發生的誤配。如果這是正確的,麥瑟森繼續的推測,或許這些DNA上的甲基能幫助這個細菌辨識哪一股是在修正時被用來作為模板的。此時新的那股DNA,亦即錯誤的複製品,尚未被甲基化,或許這是為何它能被辨識而修正。

此處 – 有關DNA的甲基化 – 莫瑞克麥瑟森的研究路徑交會了。一同合作,他們創造了一個DNA上具有數個誤配的噬菌體,這一次,莫瑞克的Dam甲基化酶也用來在DNA其中的一股上加入一些甲基。當這些噬菌體感染了細菌後,這個細菌始終如一的只修正沒被甲基化的那股DNA。莫瑞克麥瑟森的結論是,DNA「誤配修補」是一個在DNA複製時,產生誤配的天然修補程序,由於瑕疵股仍在未被甲基化的狀態而被認出。

莫瑞克 – 闡明DNA誤配修補

莫瑞克而言,這個發現啟動了一個十年之久的系統性研究,對誤配修補程序中一個接著一個的的酵素進行選殖和基因定位。在1980年代的末期,他已經能在生物體外重現這個複雜的分子修補機制,並對之進行非常仔細的研究,這份工作於1989年發表。

莫瑞克正如林達爾桑賈爾一般,也研究了人類版本的系統。現今我們知道當人類基因體在複製時所產生的錯誤中,每千個只有一個沒被修正。不過,在人類的誤配修補中,我們仍然尚未確知原始的那一股是如何被認出的。與細菌相較,DNA的甲基化在我們的基因體中還具有其它的功能,因此一定還有其它的方式在管控哪一股會得到修正 – 到底是甚麼在控管仍待釐清。

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修補系統的缺陷導致癌症

除了鹼基切除式修復,核苷酸切除式修復,以及誤配修補,還有好幾個其它的機制在維護我們的DNA。它們每天要修正上千次因為太陽、香菸的煙霧、或其它具基因毒性的物質對DNA造成的的損傷;它們持續的對抗自發性變異的DNA,而對每一次的細胞分裂,誤配修補修復數千個誤配。若無這些修補機制,我們的基因體將會瓦解。即使只有一個零件失靈,基因的資訊會迅速的改變而癌症的風險就會增高。核苷酸切除式修復的先天性損壞,會導致著色性乾皮病(xeroderma pigmentosum);得到這種疾病的人對紫外線的照射極度敏感,並會在暴露於陽光之後發生皮膚癌。DNA誤配修補的缺陷,會增加發生遺傳性大腸癌的風險。

實際上,在許多種癌中,一個或多個的這些修復系統是被完全或部份的關閉了,使得癌細胞的DNA不穩定,這是癌細胞為何經常突變而且對化療會產生抗藥性的一個原因。在同時,這些生病的細胞會更倚賴仍在運作的修復系統;沒有了這些系統,它們的DNA會變得過度損傷而細胞將會死亡。研究人員正企圖利用這個弱點來研發新的治癌藥物,抑制一個殘存的修復系統讓它們能減緩或完全停止癌的生長;一個抑制癌細胞修復系統的藥物的例子是olaparib (奥拉帕尼)。

總結,由2015年諾貝爾化學獎得主們進行的基礎研究,不僅僅加深了我們如何運作的知識,也能導致挽救生命的醫療發展。或者用莫瑞克的話語:“這是為何好奇心驅使的研究是如此的重要,你永遠不知道它將會走向何方…一點運氣也有些幫助”。

文章難易度
諾貝爾化學獎譯文_96
15 篇文章 ・ 23 位粉絲
「諾貝爾化學獎專題」系列文章,為臺大化學系名譽教授蔡蘊明等譯者,依諾貝爾化學獎委員會的新聞稿編譯而成。泛科學獲得蔡蘊明老師授權,將多年來的編譯文章收錄於此。 原文請參見:諾貝爾化學獎專題系列

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被垃圾科學耽誤的人生:哈沃德的冤獄與平反——《法庭上的偽科學》
商周出版_96
・2024/01/04 ・4615字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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紐約市沃斯街四十號,無辜計畫

哈沃德的故事:因被冤枉身陷囹圄三十四年

基思.艾倫.哈沃德可以說是一名倖存者。他被維吉尼亞州錯誤定罪,但是逃過死刑執行。而且還是兩次。梅克倫堡矯正中心在一九八四年爆發了所謂的「大逃亡」(The Great Escape)1,那是有六名死囚越獄的空前維安漏洞,哈沃德面對其後的嚴密禁閉也倖存了下來。哈沃德面臨過殘酷的獄警、僅存的希望全被澆熄、父母的死訊,他的身分也被侵蝕到只能淪為 1125797 號罪犯,但是他倖存了下來。

他在維吉尼亞州刑罰體系中所有最嚴酷的監獄裡倖存下來了,先是梅克倫堡,接著是奧古斯塔(Augusta),然後又在蘇塞克斯二監(Sussex II)待了十年,還有現在的諾托韋,他在諾托韋那樣環境惡劣的監獄醫務室裡進行了重大的腸道手術,並且活了下來。雖然很勉強。

圖/unsplash

在被錯誤監禁的三十四年裡,哈沃德排的這條等待救援的隊伍從未向前移動。大量監禁讓他身邊的囚犯如雨後春筍般湧現,因此這條隊伍只會越排越長。他最初因為傑西.佩隆的入室謀殺案和對他妻子特蕾莎.佩隆的性虐待案而被關到梅克倫堡時,維吉尼亞州每十萬名居民中有大約一百五十人遭到監禁。

當我們發現特蕾莎用過的性侵採證套組、把它送去做 DNA 檢驗時,維吉尼亞州的監禁率已經超過每十萬名居民有四百五十多名囚犯,每十萬名黑人居民則是超過兩千四百人。2在那個看不見的國度裡,到底住著多少無辜的 1125797 號囚犯,我們不會知道。但是統計顯示,在維吉尼亞州和全國有數千名無辜的人被關在牢裡;他們大部分人都永遠不會再拿回他們的名字了。

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圖/unsplash

維吉尼亞州剝奪了哈沃德生命中的每一個里程碑。他沒能結婚,沒有小孩,沒有做過除海軍之外的其他職業。他在二十幾歲之後,除了監獄檔案的照片,就只有一張自己的照片。他具有指標意義的生日,三十歲……四十歲……五十歲……六十歲,都是在鐵牢裡度過的,他只是沒死而已。

事情一開始不是這樣的。他也曾經奮鬥過。他從獄中出庭為自己辯護一事,曾經讓他的有罪判決遭到撤銷。為他贏來一次重新審判的機會、再一次讓真相大白的機會。但是當陪審團第二次做出有罪判決、上訴法院也維持這個裁決時,哈沃德體內的鬥志突然被掏空了。他決定放棄,讓餘生都在監獄裡度過。就像他有一次對我說的:「我就待在牢裡等死算了。」

重新審判:不可靠的咬痕證據

就訴訟而言,二○一六年發現了性侵採證套組,州也同意進行檢驗,這使得前進的道路變得清晰。哈沃德和史蒂夫.錢尼不同,他不需要維吉尼亞州法院或是其他法院承認咬痕證據完全不可靠。他不需要新法律或是定罪完善小組就可以重返法庭。也不需要當初把哈沃德的牙齒和特蕾莎.佩隆大腿上的咬痕「配對」的六名牙醫取消他們的證詞。

圖/unsplash

哈沃德很幸運:他有 DNA 。檢測開始之後,就會像是一顆小圓石被丟出來,滾下山坡引起 被壓住的真相一波又一波的雪崩。其規模之大,會讓哈沃德甚至不需要重回法庭。

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他幾乎立刻就被排除在可能的嫌疑人之外,也就是說所有檢驗項目,包括性侵採證套組、凶手蓋在特蕾莎頭上的尿布,以及她被性侵時的沙發墊,上面的生物證據都不可能是他的。

我的辦公室裡傳來更多歡呼聲。這種感覺不同於最初發現物證箱時的那種驚喜。是好消息,但也是預期中的結果。無辜計畫法律團隊的每個人都相信基思.哈沃德是清白的,也都知道他是清白的。

圖/unsplash

之前在訴訟中移交的文件就已經證明了:刑事專家不實宣稱在犯罪現場收集到的血清證據,根據在 DNA 之前的血型技術無法確定。其實在審判之前就可以將哈沃德排除在取樣之外了。後來他又被排除在 DNA 證據之外,就是理所當然的了。

接著,我們得知 DNA 分析人員可以從保存的生物樣本中發展出完整的基因輪廓。這表示除了可以排除哈沃德是 DNA 的來源,甚至還有可能得知到底是誰的 DNA ;不同於史蒂夫.錢尼案中的 DNA 已經受到毀損,只能夠做到排除錢尼。

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圖/unsplash

從每一件證據中提取的 DNA 輪廓都沒有更新的資訊。它們都來自同一名男性,既不是基思.哈沃德,也不是特蕾莎的丈夫傑西。反而是一名陌生人把他的 DNA 留在整個犯罪現場。發現證據的位置和特蕾莎的證詞完全一致,因此顯得更有說服力,這份證據也與哈沃德自己的陳述一致;哈沃德說他從來沒有進過佩隆家。

證人誤認是錯誤定罪一大主因?

這在大多數州就足以推翻有罪判決了。但也還是有可能出現荒謬的「沒被起訴的共同射精者」理論。不過,這個案件中有一名受害者還活著。特蕾莎強忍著痛苦和性侵她的人共度了三小時。她知道那天晚上只有一個入侵者。一名殺了她丈夫的凶手。一個「咬了她的人」。

圖/unsplash

早在 DNA 排除哈沃德之前,特蕾莎本人就為哈沃德的清白提供了最有說服力的證據:她拒絕指認哈沃德。哈沃德是因為咬了他的女朋友而被逮捕,而且還戴著手銬,在這樣容易誤認的情境中,特蕾莎都沒有指認哈沃德就是毀了她家庭的那名水手。

她的這個立場在兩次審判中都沒有絲毫動搖。許多犯罪受害者很可能會接受暗示,或是不論有意或無意,急著指認被警方確信是凶手的那個人。的確,證人指認時的誤認,通常是因為警方的建議而導致的無心之過,是錯誤定罪的一大主因。

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除了咬痕,另外的唯一證據就是駐衛指認了哈沃德。然而,即使在當時,他的證詞也是勉強得來而且不可靠的,我們得知在取得他的證詞時,用了可以「強化」記憶的祕密催眠,因此顯然缺乏可信度。

圖/unsplash

即使用催眠誘導的指認可以相信,不過駐衛也只是說在襲擊案發生當晚,他有看到哈沃德回到基地。是的,他是說那個人穿了血跡斑斑的制服,不過那人其實不是基思.哈沃德,而且在當時的紐波特紐斯,喝醉酒的水手在酒吧跟人打架,然後滿身是血回到船上,也不是什麼罕見的事。歸根究柢,不論證人指認的這番話具有多少分量,它都不代表哈沃德那天晚上有進入佩隆家。只有洛威爾.萊文和阿爾文.凱吉的專家證人證詞明確說出了這一點。而 DNA 也證明了兩位牙醫是錯的。

真正的兇手到底是誰!?

哈沃德的案件已經走向崩解。真正的證據(affirmative evidence)不是指向他有罪,而是指向另一個第三人。無論在哪一州,這個「新發現」的證據應該都對推翻任何一個有罪判決綽綽有餘了,但是維吉尼亞州和大多數州都不一樣。維吉尼亞州是全美國對無罪主張最有敵意的州之一。被判無期徒刑的囚犯很少有活著走出來的。要讓無辜者重獲自由,通常前提是必須破案。

然後「聯合 DNA 索引系統」(CODIS)就找到他了:在訴訟中喊出了「將軍!」

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圖/unsplash

根據美國的 DNA 數據庫「聯合 DNA 索引系統」,確定性侵取證套組、沙發墊和尿布上的 DNA 是來自一名叫做傑里.克羅蒂的人。在這起性侵謀殺案發生時,克羅蒂是卡爾文森號航空母艦的一名水手,這艘航空母艦當時停泊在紐波特紐斯的船塢。

基思.哈沃德也在這艘船上服役。克羅蒂和哈沃德長得有點像,他曾經因為綁架罪而在俄亥俄州的監獄服刑,並在十年前死於獄中。在哈沃德入獄期間,他還犯下其他暴力犯罪,但是都沒有像一九八二年對佩隆一家的暴行那樣殘忍;當然,除非克羅蒂還犯了其他沒有被偵破的案件,或是被以為已經破案的犯罪。

全美國對無罪主張最有敵意的州?

媒體壓力再次升高。但不是像一九八二年那樣,當時行凶的水手逍遙法外,因此有兩名美國參議員敦促要盡速逮捕他;這次的壓力是要推翻多年前因為媒體推波助瀾而造成的有罪判決。

圖/unsplash

弗蘭克.格林(Frank Green)是《里奇蒙時報》(Richmond Times-Dispatch)的記者,他長期以來都對維吉尼亞州對無辜者的敵意有批判性觀察,他詳細報導了哈沃德的故事,從聲請推翻他的有罪判決的那一刻起。連諾托韋裡面的囚犯都注意到了。

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哈沃德在監獄裡的朋友們都為他打氣。他們開始從監獄圖書館的報紙上剪下與哈沃德案件有關的新聞剪報,並保留給他。隨著哈沃德的案件從一團混亂的垃圾科學訴訟,轉變成教科書等級的 DNA 平反案件,格林的報導刊登位置也越來越靠近頭版。當哈沃德的聲請在等待維吉尼亞州最高法院的決定時,他成了頭版新聞,而當 DNA 檢驗證明哈沃德是無辜的時候,他直接登上頭條。

圖/unsplash

既然已經在「聯合 DNA 索引系統」找到符合者了,但凡有一點基本的正當程序概念,都會覺得繼續監禁哈沃德是不可接受的。他顯然是無辜的。任何殘存的反對意見都消失無蹤了。

總檢察長在一場匆忙召開的新聞發布會上,公開承認哈沃德是無罪的,並要求該州高等法院盡速對其聲請做出裁決。維吉尼亞州最高法院在第二天就宣布基思.哈沃德是一個無辜的人。

——本文摘自《法庭上的偽科學》,2023 年 12 月,出版,未經同意請勿轉載。

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原文注釋

  1. Bill McKelway, “From the Archives: How the 1984 Escape from Virginia’s Death Row Happened,” Richmond Times-Dispatch, May 30, 2009,瀏覽日期二○二一年七月五日,richmond.com/from-the-archives/from-the-archives-how-the-1984-escapefrom-virginias-death-row-happened/article_19ea1684-9af2-5d24-86ab-5875eaf2068c.html。 ↩︎
  2. Prison Policy Initiative, Virginia profile,瀏覽日期二○二一年七月五日,www.prisonpolicy.org/profiles/VA.html。 ↩︎
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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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最理想的元素週期表?其實元素週期表有很多種!——《元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表》
日出出版
・2023/06/10 ・2017字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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前面幾章都在談元素週期表,但還有一個重要面向沒有提到。為什麼有這麼多元素週期表出版,而且為什麼現在的教科書、文章、網路,提供這麼多種元素週期表?有沒有「最理想的」元素週期表?追求最理想的元素週期表有意義嗎?如果有,我們在找出一份最佳週期表的過程中取得那些進展?

種類數量可觀的元素週期表

愛德華.馬蘇爾斯(Edward Mazurs)關於週期表歷史的經典著作中,收錄自一八六○年代首張元素週期表繪出以來,大約七百張的元素週期表。

馬蘇爾斯的書本出版已過了四十五年左右;之後,期間至少又有三百張週期表問世,如果再加上網路上發表的就更多了。為什麼會有這麼多元素週期表,這件事情需要好好解釋。當然,這些元素週期表中,許多並沒有新的資訊,有些從科學的觀點來看甚至前後矛盾。但即使刪除這些具有誤導性的表,留下的數量還是非常可觀。

元素週期表的變體:有圓形的還有立體的?

我們在第一章看過元素週期表的三個基本形式:短元素週期表中長元素週期表長元素週期表。這三類基本上都傳達差不多的訊息,但相同原子價(編按:原子的價數,金屬為正價、非金屬為負價)的元素,在這些表中有不同的分族。

此外,有些週期表不像我們一般認識的表格那樣四四方方。這種變體包括圓形橢圓的週期系統,比起長方形的元素週期表,更能強調元素的連續性。不像在長方形的表上,在圓形或橢圓形的系統中,週期的結尾不會中斷,例如氖和鈉、氬和鉀。

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但是,不像時鐘上的週期,元素週期表的週期長度不同,因此圓形元素週期表的設計者需要想辦法容納過渡元素的週期。例如本菲(Benfey)的元素週期表(圖 37),過渡金屬排列的地方從主要的圓形突出來。也有三維的元素週期表,例如來自加拿大蒙特簍的費爾南多.杜福爾(Fernando Dufour)所設計的(圖 38)。

圖 37/本菲(Benfey)的圓形元素週期表。圖/《元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表
圖 38/費爾南多.杜福爾(Fernando Dufour)的三維元素週期表。圖/《元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表

但我認為,這些變體都只是改變週期系統的描繪形式,它們之間並無根本上的差異。稱得上重要變體的,是將一個或多個元素放在和傳統元素週期表中不同的族。討論這點之前,我先談談元素週期表一般的設計。

元素週期表的概念好像很簡單,至少表面上是,因此吸引業餘的科學家大展身手,發展新的版本,也常宣稱新的版本某些地方比過去發表的更好。

當然,過去有過幾次,化學或物理學的業餘愛好者或外行人做出重大貢獻。例如第六章提過的安東.范登.布魯克,他是經濟學家,也是首先想到原子序的人,他在《自然》等期刊發展這個想法。另一個人是法國工程師夏爾.雅內(Charles Janet),他在一九二九年發表「左階式元素週期表」(Left-step periodic table),後來持續受到週期表的專家和業餘愛好者的關注(圖 39)。

圖 39/夏爾.雅內(Charles Janet)的左階式元素週期表。圖/《元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表

「理想」的追求

那麼,追求最理想的元素週期表真的有意義嗎?我認為,這個問題的答案取決於個人對週期系統的哲學態度。一方面,如果一個人相信,元素性質近似重複的現象是自然世界的客觀事實,那麼他採取的態度是實在論。對這樣的人而言,追求最理想的元素週期表非常合理。最能代表化學週期性事實的就是最理想的元素週期表,即便這樣的表還沒制訂出來。

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另一方面,工具論者或反實在論者看待元素週期表,可能會認為元素的週期性是人類強加給自然的性質。若是如此,就不必熱切尋找最理想的元素週期表,畢竟這種東西根本不存在。對約定俗成論者或反實在論者來說,元素究竟如何呈現並不重要,因為他們相信我們處理的,不是元素之間的自然關係,而是人造關係。

——本文摘自《【牛津通識課10】元素週期表:複雜宇宙的簡潔圖表》,2023 年 4 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

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