神探系列：通过DNA是否能预测人脸？[创新技巧]

佛罗里达州的警察正在搜捕一名潜伏在暗处的男子。

两年多来，他至少吓坏了几十名女性。他从窗户偷窥，并溜进卧室，看她们睡觉。他触摸几名女性的脚或头发 － 有时，他甚至进行性侵犯。

媒体戏称他为“连环偷窥者”，而警察也在拼命找他。9月，他们发布了一张黑头发、黑眼睛的拉丁裔男子面部草图，他有着光滑的皮肤、高高的颧骨和尖尖的下巴。不过，这张草图并不是根据目击者的描述由警局艺术家绘制的。每次侵犯时，偷窥者都蒙住了他的脸，佛罗里达州珊瑚阁市的警察Kelly Denham表示。“他从未露面。”

因此，当地警方不得不走一条不太寻常的路线：他们购买了一幅根据偷窥者的DNA而由计算机生成的图像。

Parabon NanoLabs，这家位于弗吉尼亚州雷斯顿市的公司，以4500美元的价格分析了偷窥者遗留在犯罪现场的DNA。此分析侧重于与头发颜色、眼睛颜色、面部特征和祖先相关的遗传线索。随后，Parabon制作出了一张偷窥者脸部的数字合成图像。

Parabon的生物信息学主任Ellen Greytak认为，Parabon创建的图像并不能提供嫌疑人的准确照片。“我们与执法部门合作，为他们提供嫌疑人应该长什么样的印象，”她说，或者从嫌疑人名单中划掉哪些人。

偷窥者。正如Parabon NanoLabs根据DNA生成的图像显示，一名涉嫌参与佛罗里达州的几起性侵犯案件的男子可能是拉丁裔血统，有着黑色的头发和棕色或淡褐色的眼睛。
PARABON NANOLABS

在过去几年中，一些科学家和公司都涉足了这个外表预测的新世界。这是一个朦胧的地方，而人类长相的根本就隐藏在他们的遗传说明书中。科学家将人的生理特征与DNA的微小标记相联系，挖掘出这些根本。如果调查人员能够利用DNA来预测鼻子的宽度，或眼睛的大小，那么他们就更容易追踪到罪犯。

支持者认为，这项技术不仅仅能够为调查人员提供案件的线索。它还能够描绘出古代人的脸 － 失散多年的祖辈，甚至可能是尼安德特人。有些人甚至设想让准父母一睹其未出生孩子的容貌，不过这仍然是一个遥远的梦。

事实上，从DNA联想到一个人外表的科学仍然是少得可怜。面部特征可能是由数百个或数千个基因所塑造的，而每一个的影响都非常小。

而科学家们才刚刚开始梳理这一切。头发、眼睛和皮肤的颜色，以及种族背景，相对容易确定。不过，其他性状（如身高和脸型）的遗传基础分散在人的DNA中，就像蒲公英的种子飘散在风中。人们很难去追踪每个微小的部分。这就是一些研究人员认为目前的预测尚未到黄金时代的原因。

据荷兰伊拉斯姆斯大学医学中心的遗传学家Manfred Kayser介绍，一些尝试主要依赖性别和祖先的遗传信息（例如，这个人是否是男性和欧洲血统），从而构建这个人的脸部图像。他认为，这“其实并不比你的想象力更准确”。

国王的脸

最近，英格兰一位声名狼藉的国王的脸留给了艺术家去想象。

皇室特征。国王理查三世尸骨中的DNA表明，这名国君有着蓝色的眼睛（接近于最上面一行所示的色调），金色或浅棕色的头发（下图）。
T.E. KING ET AL/NAT. COMM. 2014

2012年，也就是理查三世在战争中丧命的500多年后，考古学家在英格兰一个停车场中挖出了这名君主泛黄的骨骼（SN: 3/9/13, p. 14）。Kayser及其同事对古老骨骼中DNA的数十个遗传线索进行分析，最终为理查三世的外表提供了可靠的细节，他们去年在《Nature Communications》上报道了这一成果（SN Online: 12/2/14）。

“十分肯定的是，他有着蓝色的眼睛，”Kayser 表示。“在年幼的时候，他很可能有一头金发，在成年之后，他的头发可能是金色或浅棕色的。”

Kayser及其同事知道他们要寻找什么，因为他们及其他科学家已经找到了控制头发和眼睛颜色的基因。研究人员首先要扫描数千个人的遗传说明书。

每个人的说明书，或基因组，拥有30亿个化学碱基对，这些DNA“字母”清楚地说明了从性别到肤色的一切。在人与人之间，大多数字母相差不大。不过，科学家能够利用微小的文本差异，即被称为单核苷酸多态性的一个字母差异，来预测某些生理特征。

比如，Kayser的团队能够通过分布在6个基因中的6个字母来推断一个人眼睛的颜色。为了弄清楚头发的颜色，研究人员关注了22个字母。对于蓝色或褐色的眼睛，他们的预测准确率超过90%。头发颜色也差不多，准确率在80%到90%之间 － 红头发是最容易的。

对于理查三世的DNA，研究团队使用了名为HIrisPlex的系统。这个系统也有着打击犯罪的吸引力。根据研究人员去年在《Forensic Science International: Genetics》上的报道，它能够从血液、精液和唾液中找出一个人头发和眼睛的颜色 － 即使样本中的DNA已经降解。这很了不起，因为法医DNA可能很差劲。如果样本在犯罪现场放了很久，则DNA可能分解，变得难以分析。

有了头发和眼睛的颜色，Kayser 的团队如今又在系统中增加了肤色，这是他们9月在波兰的国际法医遗传学协会的会议上介绍的。初步的结果表明，肤色检测与眼睛和头发的颜色一样准确。

对预测外表而言，颜色的线索是一个好的开始，但预测工具的边缘仍然是粗糙的。蓝色和棕色以外的眼睛颜色难以预测，同样，对于金发的幼儿，DNA也不能区分成人的头发是金色的还是深色的。

检测案例

根据HIrisPlex DNA检测系统的预测，这个人有着红头发和蓝眼睛，系统给出了可能颜色的概率（详见数字）。
S. WALSH ET AL/FORENSIC SCI. INT. GENET. 2013

尽管如此，这些特征以及祖先，是能够轻松摘到的果实，澳大利亚昆士兰大学的遗传学家Peter Visscher认为。其他特征则是科学家难以抓住的。例如，身高和脸型大多遥不可及。

这很复杂

如果没有脊柱侧凸，理查三世可能有5英尺8英寸高。

科学家根据他股骨的长度计算出这个数字。使用他的DNA则可能只是接近这个数字。

“对于任何人来说，最好的猜测可能是正确的 － 但也可能相差2-3英寸，”Visscher说。

根据DNA预测性状时，两个主要的因素在起作用，他说。第一个是基因相对环境在多大程度上影响了某个性状。（对于某些性状，如体重，环境起了很大的作用。）第二个是有多少基因参与。例如，如果许多基因影响了鼻子的形状，那么每个基因的个体贡献可能是微小的，难以推测。

Visscher表示，影响身高的基因数量可能是巨大的 － 大概有几千个。对于身高这种更复杂的性状，科学家们付出了艰苦的努力。Visscher及400多名同事收集了79项研究的数据，这些研究扫描了超过25万人的基因组。分析发现，整个基因组中大约有1万个DNA字母与身高相关联，研究人员在《Nature  Genetics》上发表了这一成果。

不过，仅仅利用他或她的DNA，即使所有信息也不能帮助研究人员确定一个人的身高。而如果科学家无法预测像身高这样的经过充分研究的性状，那么对于其他更模糊的性状，如嘴巴大小或两眼之间的距离，希望就更加渺茫了。

Visscher认为，在未来5到10年，随着更多人的更多数据出现，科学家有可能判断一个人比平均水平高还是矮。不过现在，根据DNA来预测身高“还不是特别有帮助，”他说。“我的猜测是这可能比面部特征更糟。”

给我看看数据

一个人可以通过一点点化妆或新的发型来改变他或她的脸。不过，基本的结构，如鼻子的长度、耳朵的大小，主要来自爸爸和妈妈。

科学家知道，人类特征的蓝图位于他们的基因中，Kayser说，不过他们“对于基因的了解仍处于萌芽阶段”。他最近一直在尝试，希望充实DNA与外表之间的联系。

2012年，Kayser及其同事利用近1万名参与者的DNA以及2-D或3-D图像，挑选出5个影响脸型的基因。其中一个基因，PAX3，似乎调整了鼻梁；这个基因也在那年早些时候被其他研究人员鉴定出。加拿大卡尔加里大学的进化生物学家Benedikt Hallgrimsson认为，这些发现是一个良好的开端。不过总体而言，“我们对脸型的遗传学仍了解得不多。”

遗传快照

一个人DNA中的微小差异，称为单核苷酸多态性或SNP，可帮助预测生理特征。一些性状更容易预测。
E. OTWELL

去年，研究人员试图揪出更多的线索。在一篇发表于《PLOS Genetics》的有争议论文中，宾夕法尼亚州立大学的人类学家Mark Shriver及其同事充分挖掘592名参与者的遗传信息，制作出人脸的3-D模型。几乎没有足够的人来研究这么复杂的东西，Hallgrimsson说。

Parabon尚未发表研究，说明其预测的准确性，不过据生物信息学主任Greytak介绍，一些执法机构已经检验过了。有时，机构会进行一次测试，在购买产品之前送来一些DNA样本。随后，这些机构将照片与Parabon的预测进行比较。“我们已经赢得了每一个人，” Greytak说，不过这些机构并没有将检测结果公开。

Parabon的预测基于大约1.5万人的数据库，考虑了性别、祖先和面部特征的遗传信息。尽管如此，Greytak表示，“我们需要更多的数据。这是个大事情。”她认为，如果你想捕获人脸的变化，那么你需要了解各种各样的面孔与它们的遗传学有何关联。

Greytak也承认，Parabon的技术不能像照片一样识别个体。不过，从排除的角度来看，这项技术“绝对是准备好了”。调查人员可以利用图像来排除嫌疑人。例如，在搜索连环偷窥者时，警察可以排除红头发和蓝眼睛的嫌疑人。

对于8月份以后不曾与其他案件相关联的偷窥者，这张图像为犯愁的调查人员提供了新的探索之路。“我们的调查处在静止状态 － 这就是我们求助于Parabon DNA图像的原因，”Denham 谈到。“看看我们能提出些什么，来找到这个家伙。”

这篇文章发表于2015年12月12日的《科学新闻》上，标题为，“脸上有什么？”。