互动科普

断臂悬疑催生鉴定新技术

新的指纹技术和DNA鉴定技术，解决了60年前一起空难为我们留下的一道谜题。

撰文 柯琳·菲茨帕特里克（Colleen Fitzpatrick） 翻译 车晶

搜寻工作经历多次失败，直到1999年终于取得成功。当时，曾担任过美国空军飞行员、热衷于解决被人们遗忘的航空谜团的凯文·麦格雷戈（Kevin McGregor）和马克·米利肯（Marc Millican）确定，埋葬飞机的冰川正在消融。他们获得了美国国家公园管理局的许可：如果找到飞机残骸，他们可以从中提取有用的信息。经过艰苦的攀登，他们在冰雪中发现了支离破碎的残骸，还有一支业已干枯，但还连着手的左臂。正如麦格雷戈解释的，“这一发现改变了整个计划。我们不得不去弄清楚，这部分手臂是属于谁的”。

麦格雷戈和米利肯鉴定断臂的要求，最终促成了一次不寻常的合作——参与合作的有DNA专家、指纹分析专家和法医系谱学者，我也名列其中。经过努力，我们终于战胜挑战，取得了成功，能从这项研究中受益的，可不仅仅是曾有亲人在当年飞行事故中遇难的那些家庭——我们在研究中开发出来的一些实验技术，有朝一日可能会有助于鉴定大规模灾难中的遇难者和800多名朝鲜战争中死去的美国士兵的身份。

初遇挫折

人体遗骸的发现，将阿拉斯加的执法机构带入了公众的视野。该州一名警察非常小心地将手臂移出，运送到300多千米以外的安克雷奇市的验尸官办公室。验尸官对手臂进行防腐处理之前，采集了指纹样本。

手臂完全没有识别标志，指纹和DNA分析是唯一可能确定该手臂主人身份的方法。不过，3年的徒劳无功让人们清楚地意识到，传统方法无法解开这个谜题。一次大范围的指纹记录（fingerprint records）搜索，只发现了22名遇难者的“十指指纹信息卡”（ten-print cards），没有搜索到另外8名遇难者（包括6名机组成员）的任何指纹记录。然而，即使有每一位遇难者的全套参考指纹，由于这支手臂已经干枯，遭到非常严重的破坏，验尸官办公室也无法进行有效识别。

调查人员在DNA分析上同样遇到了障碍。2002年，验尸官办公室将一套组织样本送到一家商业性的DNA实验室检测。无奈的是，该实验室的分析报告指出，组织样本已经“严重降解，其中的DNA链太短，无法得到明确结果”。

麦格雷戈和米利肯，以及现在加入研究的乘务长之子兰德尔·哈斯莱特（Randall Haslett），决定寻找一位专门利用古老DNA鉴定人物身份的科学家。他们首先找到了创世纪基因组学公司（Genesis Genomics，现已改名为线粒体基因组学公司，Mitomics）的赖安·帕尔（Ryan Parr），随后在2006年又找到了美国马里兰州洛克维尔市武装部队DNA鉴定实验室（AFDIL）的奥黛尔·洛雷耶（Odile Loreille）。洛雷耶是医学博士，她以分析高度降解的DNA而著称。她研究的不是细胞核中的DNA，而是线粒体（mitchondria，细胞中的“能量工厂”）中的DNA。因为在细胞中，线粒体DNA（mtDNA）的数量多于细胞核DNA，更有利于鉴定降解严重的遗骸。

洛雷耶立即被这项研究吸引，她认为这可能有助于解决另一个谜题：如何鉴定朝鲜战争中800多名美国士兵的遗体，当年她就是因为这个原因，才来到AFDIL工作。这些人大多被埋葬在夏威夷的太平洋国家军人公墓（National Memorial Cemetery of the Pacific，有时也被称为Punchbowl）。然而，对士兵遗体进行防腐处理时所使用的福尔马林（formaldehyde），严重损害了他们的DNA。如果洛雷耶能在这一空难研究课题中开发出新技术，分析经过防腐处理的组织，那么她在鉴定死于朝鲜战争的美国士兵遗体时，就会跨入新的阶段。

总而言之，洛雷耶知道，成功的关键在于从手臂的骨组织中提取DNA。这类DNA得到的保护通常更好一些，不会遭受来自环境和处理遗骸的工作人员的污染。她最近找到了一种可以从骨骼中清除残留甲醛的有效方法，但是，即使经过这样的处理，也无法得到足够的材料。不过，在研究过程中，洛雷耶开发出了一种脱盐处理技术，可以完全溶解骨基质，从而获得足够用于分析的mtDNA。

当然，提取DNA只是成功了一半。为了能够识别遗骸主人的身份，必须把尘封了几十年、从组织中提取出来的mtDNA，与来自每一名当事人家庭的参照样本进行比较，直至得到匹配的结果。由于mtDNA只通过母系遗传，因此，只要与当事人之间存在专属性的母系血缘关系，任何男性或女性亲属都可以提供参照样本。但要找到可以提供mtDNA参照样本的远亲并不容易，因为女人的姓氏通常会随着婚姻而发生变化。这就是我参与这个研究项目的原因。作为一名法医系谱学者，出于多种原因，我已在世界各地追踪调查过几百人，包括为军方项目以及一些历史研究课题提供DNA参照样本。

多重努力

与此同时，为了缩小范围，进一步加快鉴定过程，洛雷耶在2007年找到了乔治·华盛顿大学的法医学助理教授泰德·罗宾逊（Ted Robinson），向他寻求帮助。尽管初期的指纹分析没有取得成功，但利用新技术进行的二次尝试还是可以很确定地排除一些人选。这样一来，就不必把30名遇难者的健在亲属都找到，以提取DNA参照样本了。

指纹分析是与mtDNA分析鉴定同时进行的，但很快就遇到了挑战。指纹分析要考虑3个层次的细微特征。首先要考虑的是手指皮肤纹路（friction ridges）的基本模式——环状、螺纹状和拱形（每根手指的纹路只有一种模式），这些纹路让人更容易握住物体。第二个层次是指纹特征点，也被称为高尔顿点数（Galton points），这是为了纪念弗朗西斯·高尔顿爵士（Sir Francis Galton）而命名的，他在1892年所做的工作奠定了目前指纹采集和鉴定体系的基础。指纹特征点包括：一条单独纹路分岔出两条分支的位点，以及纹路的终止位点。第三个层次所涉及的内容更加细微，与单条纹路的特征有关，例如厚度、凹凸程度等，另外也包括汗孔（sweat pores）的位置。比较两套指纹第一个层次的特征就足以判断它们是否匹配，但还不足以确定鉴定结果，因此必须用第二和第三层次的特征来佐证之前的判断。

然而，断臂是从冰雪中移出来的，皮肤表皮层已经脱落，手指上已经完全没有表皮层了，下面的真皮几乎是光滑的。此外，找到了“十指指纹信息卡”的22名遇难者中，只有16人能确定身份，也就是说，另外14名遇难者都没有指纹参照样本。尽管如此，罗宾逊还是坚持了下来。他试着用专门配置的体液补充液（rehydration fluids）浸泡组织样本，以此恢复皮肤的柔韧性。法医学家将这一过程称为指纹恢复（fingerprint rejuvenation）。巧合的是，罗宾逊在一次会议中遇到了弗吉尼亚州法医学部门已退休的主管迈克尔·格林姆（Michael Grimm）。格林姆给罗宾逊提供了一份新的指纹恢复补充液，这种补充液曾用于鉴定2005年卡特里娜飓风（Hurricane Katrina）的遇难者，当时只用几小时就奏效了。

这份补充液确实很管用。罗宾逊将那只手浸泡在50℃的补充液中，每小时观察一次，结果发现5根手指都慢慢出现了指纹。对结果拍照后，罗宾逊用两种硅橡胶制作了指模。取下指模并将它们浸泡分开后，他得到了指纹的更多细节特征。格林姆对指模拍照，并将数字图像导入一种照片增强软件，图像非常清晰，在这只已有60年历史的手上，汗孔清晰可见。

具有讽刺意味的是，高质量的照片带来了新的问题。就像罗宾逊所说的，“很多船员的信息卡墨迹斑斑，质量很差。从手指得到的指纹比‘十指指纹信息卡’上的更好。由于指纹信息卡质量太差，还是无法做出鉴定”。尽管如此，罗宾逊确定了从空难现场得到的这只手的五指指纹都是环状的，这样他就排除了10名遇难者，因为这10名遇难者的左手至少有一个手指的指纹是拱形或者螺纹状的。根据环状指纹的细节特征，格林姆又排除了另外4个人。

鉴定成功

与此同时，系谱学者克里斯·里昂（Chriss Lyon）和我也在努力寻找遇难者的健在亲属，他们可能可以提供必要的DNA参照样本来鉴定剩下的遇难者。截至2007年9月，30名遇难者中已有13人通过mtDNA分析被排除，9人通过指纹分析识别被排除，5人通过mtDNA和指纹的综合分析结果被排除。剩下的3人分别是：机长罗伯特·哈斯莱特（Robert Haslett）、商船船员弗朗西斯·“弗兰克”·约瑟夫·范赞特（Francis “Frank” Joseph van Zandt）和约翰·V·埃尔金斯（John V. Elkins）。

不幸的是，哈斯莱特的指纹记录非常糟糕，他也没有健在的母系亲属来提供mtDNA以供比对，哈斯莱特的儿子兰德尔的mtDNA，只与兰德尔的母亲及其母亲的亲属有关。不过，父亲和儿子拥有共同的Y染色体，因此，洛雷耶采用先进的实验室技术，对取自干枯手臂的细胞核DNA进行扩增，从中获取这位未知遇难者的Y染色体 DNA的部分特征信息。得到的结果表明，手臂DNA与兰德尔的Y染色体 DNA并不匹配。

只剩下两名遇难者了。约翰·埃尔金斯的亲属拒绝提供他们的DNA样本，而他的指纹记录太脏，毫无用处。幸运的是，我们的运气有所好转，我们的团队最终得到了所需证据，可以证明这支手臂到底属于埃尔金斯还是范赞特。

根据人口资料，弗兰克·范赞特于1911年10月21日出生在美国佛蒙特州本宁顿县（Bennington, Vt.），他是美国纽约的老奥维尔·范赞特（Orville van Zandt, Sr.）和爱尔兰的玛格丽特·康韦（Margaret Conway）最小的孩子。弗兰克有个姐姐叫伊丽莎白（Elizabeth），她的孩子可能可以提供mtDNA样本，但在1910年美国人口普查的记录中，我们没有找到她或者她的后裔的踪迹。倒推一代，对康韦在美国的母系亲属的搜索也遇到了麻烦。我了解到，19世纪90年代，玛格丽特·康韦姐妹三人和三个兄弟一起移民到美国。不过，两个姐妹中有一个从未结婚，而另一个也没有任何母系后裔可以提供DNA分析参照样本。

也许玛格丽特在爱尔兰还有其他姐妹？我对爱尔兰的家族谱系已经进行了四十多年的调查，因此我知道，爱尔兰的民间和教会记录是由各郡管理的。为了找到玛格丽特的记录，我必须找出她原籍所在的郡。在搜索了数千份记录之后，我幸运地从本宁顿档案馆的档案保管员比尔·布德（Bill Budde）那儿得到了一份档案。布德发现了弗兰克的兄弟小奥维尔（Orville, Jr.）1936年结婚的记录，上面记录着他母亲（也就是弗兰克的母亲）的出生地是利默里克（Limerick）。通过检索爱尔兰的出生登记记录，我们发现，玛格丽特生于1871年9月14日，是利默里克的约翰·康韦（John Conway）和艾伦·德拉姆（Ellen Drumm）的10个孩子中的第5个。还有更好的消息：玛格丽特的一个兄弟和一个姐妹仍在爱尔兰。但是在时隔一百多年后，找到他们的后代并不是一件容易的事。

在艰苦搜索康韦和德拉姆的后裔期间，我最终找到了住在阿斯基顿村的康韦家族的族长毛利斯·康韦（Maurice Conway）。我向他询问了康韦家族与范赞特有关的各个长辈的名字，但他一开始完全没有回想起来。不过，我最终了解到，毛利斯的外高祖母（maternal great-great-grandmother）伊丽莎白是艾伦·德拉姆的姐妹，也就是说，他和范赞特拥有共同的母系祖先。因为毛利斯是范赞特的母系亲属，他的mtDNA样本就可以用于比对鉴定。

洛雷耶将断臂中得到的mtDNA与已有参照样本的19名遇难者的mtDNA进行了比对。断臂中得到的DNA序列只与其中一个样本匹配，那就是范赞特的姨表兄弟——毛利斯·康韦的样本。为了进一步确认，我们找到了范赞特兄弟的儿子，他愿意提供Y 染色体DNA作为参照样本。此前将罗伯特·哈斯莱特排除在外的那部分Y 染色体DNA特征，每个基因位点都与范赞特侄子的样本相匹配。

此前，罗宾逊和格林姆同时发现，在搜索指纹记录时他们犯了方向性错误。他们不应该局限于搜寻“官方”记录，而应该寻找“所有可能的”指纹记录。他们惊讶地发现，当许多商船船员签约到一艘新船时，美国国家海事中心（National Maritime Center）会再次采集他们的指纹。在这些新记录中，罗宾逊和格林姆第一次找到了范赞特的指纹，他们终于能够将范赞特的指纹与那些从有60年历史的手上采集到的指纹进行比对，他们的鉴定对象，也创造了指纹尸检史上最古老的指纹记录。

现在，我们通过DNA分析和指纹分析，得到了非常明确的结果，确定了从冰雪中找到的断臂属于弗朗西斯·约瑟夫·范赞特。至于朝鲜战争中的美国士兵，洛雷耶还在继续着她的研究，以确定这些遗体的身份。她从经过防腐处理的组织中提取DNA的研究表明，这可能有助于从朝鲜战争时期的遗体中收集到足够多的mtDNA，用以确定他们的身份。她目前正在研究新开发的DNA测序技术，未来几年，这一技术的使用，可能会使鉴定工作只需要极少量的DNA样本，而且无论这些DNA来自死亡很久的士兵，还是大规模灾难中的遇难者，都能完成鉴定。

我们的研究结果也表明了跨学科合作的重要性。尽管DNA专家、指纹分析专家和法医系谱学者在解决身份和关系的问题时，通常仅限于各自的专业领域，但是我们对美国西北航空公司4422次班机空难事故的调查分析表明，高度协作的共同努力可以产生非常好的效果，尤其是在处理棘手案例时。