能否利用某人的 DNA 模擬出他的長相?

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這個問題好有趣 ╮( ̄▽ ̄)╭

take home message:

挺難的,要想用DNA畫出一幅人像那是不可能的(目前看來)

但是可以預測面部骨骼結構(長寬,眼睛鼻子耳朵的位置),因此在人類學,法醫學,案件偵破上還是有用的

以下內容包含三點:

1. 為什麼用DNA預測長相是一件很難得事情?

2. 目前的研究成果

3. 這些結果能夠做什麼?

1. 為什麼用DNA預測長相是一件很難得事情?

DNA包含的信息量很大,出了DNA序列以外還有表觀修飾部分,雖然我們還沒有完全decode這些信息,但是以我們目前的理解水平,從序列及其修飾來預測基因的表達水平問題不大。

但是,長相這個東西在成年以後是比較固定的,胖瘦這些不會改變面部骨骼的結構。由此帶來的問題就是,在採樣的DNA信息並不是實時反映長相的。就比如免疫細胞,採樣時的DNA表觀修飾和基因表達水平是相關聯的,這些能夠真實的反應人體當時的免疫反應和健康狀態。可是長相不是這樣的。幼年,青春期的DNA(我們就假設DNA序列不變)和表觀修飾水平會影響骨骼發育,但是我們沒有辦法取得當時的DNA。

因此,長相的預測還是落在了DNA序列本身和長相的相關性。

另外,胖瘦,膚色都不是單基因決定的,且很大程度上受環境影響,因此非常難。

2. 目前的研究成果

Plos Genetics 2012年一篇文章,採集了3505個人的數據,使用GWAS(全基因組關聯分/Genome-wide association study),主要看的是SNP(單核苷酸多態性),找出了5個與長相相關的基因:PRDM16, PAX3, TP63, C5orf50, and COL17A1。其中PAX3的相關性最高,且在小鼠中也證明了這個基因個面部骨骼發育的相關性。文中所說的長相是指:左右眼的位置,鼻子的長寬高和位置,耳朵的位置。

就長這樣,其中紅綠兩點是眼睛,最外面那兩個半圓的耳朵,重點呈三角形那四個點是鼻子。

(PLOS Genetics: A Genome-Wide Association Study Identifies Five Loci Influencing Facial Morphology in Europeans)

同一組人在上周(2014年3月20日)又發了一篇follow up的文章,詳見:

Mugshots built from DNA data : Nature News Comment

PLOS Genetics: Modeling 3D Facial Shape from DNA

中科院的Kun Tang教授也在2013年發了篇文章PLOS Computational Biology: Detecting Genetic Association of Common Human Facial Morphological Variation Using High Density 3D Image Registration

其中用到了更多的面部參數。

3. 這些結果能夠做什麼?

比方說人臉識別系統(Facial Recognition System),電影里看了不少吧,就長這樣。

「Each human face has approximately 80 nodal points. Some of these measured by the software are:

  • Distance between the eyes
  • Width of the nose
  • Depth of the eye sockets
  • The shape of the cheekbones
  • The length of the jaw line

These nodal points are measured creating a numerical code, called a faceprint.」

(from:HowStuffWorks "Facial Recognition Technology"

有80多的參數,主要使用到的有:

  1. 眼間距

  2. 鼻子的寬度

  3. 眼窩的深度

  4. 顴骨形狀

  5. 下巴長度

這些參數在上面的文章中都有提到。


雖然大多數答案都說是不能,但我還是有些懷疑。因為我並非相關專業的人士,只能提供點簡單的想法,歡迎拍磚。

只有基因型自然是無法直接導出表現型,畢竟有環境因素的影響,表觀基因型(epigenotype)的不同,表現型不可能唯一確定。但這不代表表現型就完全無法由基因型預測了。我想可以再問另一個問題:一對出生後就在完全不同環境下長大的同卵雙胞胎,其長相的差別最多能有多大?如果其差別可以大到普通人之間長相差別的程度,那要單單通過DNA模擬長相肯定是不可能的了。但如果同卵雙胞胎之間長相的差異還是能在一個比較小的範圍內的話,我們就不能排除用DNA大致模擬長相的可能性。當然,我不知道這個問題的答案。

另外附一篇我找到的BBC報道 Painting a suspect"s portrait with DNA(http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-12097554),雖然這是標題黨,目前能做到的只是預測一些簡單的外貌特徵,但我還是列出來以供參考。


不可能。

DNA並不是遺傳的全部。即使它包含了所有「藍圖」,最終畫出來什麼樣的圖畫,還有太多變數。

這種想法,就像想通過觀察種子的類型來預測將來樹木會有幾根分岔。是算命的路子。

當年人類基因組完成時候,一群看客歡呼雀躍,認為大功告成。不知道表觀遺傳的問題才剛露冰山一角。

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這麼多人贊同倒是讓我開始有些懷疑上面看法的完備性了。

我一向不喜歡世上某些事情可以被從深層次「註定」的觀點,比方這個用DNA定出長相的說法。可惜搞科學的,從來就是要找到因果規律。

所以可以再說一次:

如果所有的條件都可以確定,比方完全相同的DNA,完全相同的子宮,完全相同的機緣~~~

長相一定可以確定。

可惜~~~

我喜歡「深層次」。因為層次足夠深,必然的因果規律就能結出偶然的果子。因此也許可以從DNA得出頭髮會是什麼顏色,但不會得出是長是短;也許可以得出眼睛是藍是黑,但不見得可以知道它們是不是還在臉上。

好在層次夠深,生活才沒有科學這麼悶。

感謝混沌。


本文首發於《科技日報》公眾號,我只是搬運工,請大家猛戳 揭秘丨DNA到底能不能預測人的外貌?

通過DNA就可以判斷一個人長什麼樣,這到底可不可能?近日,美聯社報道,憑藉一種新技術手段,一樁2016年發生在美國德克薩斯州的殺人案,宣告破案。這項新技術在沒有目擊證人,只有罪犯現場留下的DNA的情況下,一家私人實驗室——帕拉班納米實驗室就能憑藉這些DNA信息,繪製出犯罪嫌疑人的模擬頭像畫。

「DNA攜帶著決定個人身體特徵的遺傳指令,在人群中產生出千變萬化的外貌。」帕拉班納米實驗室解釋道,「只要確定遺傳信息如何翻譯成一個人的外貌,就可能將DNA轉化為人的外貌畫像。」

該報道還宣稱,這項通過DNA繪製犯罪嫌疑人畫像的技術被稱為顯型技術。通過這一技術,技術人員可根據罪犯在犯罪現場留下的DNA,「預測」出嫌疑人的年齡、人種等信息,還能預測其臉形、眼睛顏色、頭髮顏色、皮膚顏色等。

現在的技術還沒有那麼神奇

據了解,顯型技術也就是分子表型刻畫,是近年來法醫學的新興領域,其目的是通過對檢材DNA的深度挖掘,刻畫檢材供者的外貌特徵,從而縮小犯罪嫌疑人的查找範圍,為偵查提供線索。

這種技術真的能推測出人的相貌嗎?「目前,我們已經可以根據犯罪現場的DNA,來準確地預測眼睛、頭髮和皮膚的顏色,其準確率已經達到實際應用的標準。但是如果預測人的相貌,現在的技術還不可以,顯型技術是通過找到遺傳因子和人類臉型特徵的關聯性來實現『預測』的。人類基因組中有些基因是調控人類臉形長相的,但是把這些信息綜合在一起,對人類臉形預測的準確性還是較低的。」中國科學院北京基因組研究所劉凡研究員告訴科技日報記者。

劉凡指出,近年來法醫分子表型刻畫領域的飛速發展,現在通過DNA來推斷種族,比如區分黃種人、白種人和黑種人,已經很成熟了。顯型技術能夠把不同種族人的平均臉形刻畫出來,進而可以依據DNA變異信息在平均臉型的基礎上進行臉型的微調,但DNA刻畫的臉型和真實臉型的相似度離嚴格意義的法醫學應用還有些距離。

關鍵在基因點位與形態的對應

憑藉DNA推測人的相貌具體實施過程並不複雜,最關鍵的是找到不同基因點位與不同形態的對應關係。首先,專家們會收集人臉的三維照片里有關色素和形態的所有信息。然後,再通過DNA來與這些信息建立關聯,也就是哪個DNA、哪個位點或哪個突變和哪一個形態學上的改變相關。

做預測的時候,可以把一個人群分為不同年齡段和不同的性別,先求出不同年齡段和不同性別的平均臉,比如30歲左右的男性長什麼樣;建立這種關聯以後,當有一個新的樣本需要進行預測時,就可以先推測出這個樣本的平均臉,然後在平均臉上進行微調。比如某個基因點位和大鼻子相關,同時,樣本DNA在該點位上正好是大鼻子,那就可以在平均臉上把鼻子增大。

「實際上,如果只有一個種族,或者說在同一種族內部,比如只有白種人的樣本,要想推測出不同的臉形,還是挺困難的。」劉凡說道。

該技術還只是一種調查工具

美聯社稱,對於執法官員來說,這是一種相對較新的調查工具,或能為懸案提供新的線索,或可以幫助縮小嫌疑犯的調查範圍。

劉凡研究員也持有類似的觀點,他表示,目前該技術還只能是輔助手段,上不了法庭,做不了證據,但可以幫助警方偵查時,縮小範圍。帕拉班納米實驗室的CEO斯蒂夫也宣稱,這種技術並非是想替代確認嫌疑人的法院檢測技術,只是一種調查工具。該實驗室生物信息部門主任也強調,他們繪製的畫像「並非與DNA擁有者一模一樣,我們與執法部門合作,只是給他們提供嫌疑犯的大致外貌特徵。」


難度很大,目前我們根據基因也就能在物種層面知道長相,得到一個大略的輪廓,比如 確定是 蒙古人種 男人的臉而不是 公狒狒 的臉,胚胎髮育 其實 還有 很多 基因控制 以外的自由 發揮空間,後天 的生活習慣,比如咀嚼的強度 也足以影響 面容。人類根據動物化石 復原 臉部形態 還經常出錯,根據基因反推 容貌比 骨骼復原難度還要大得多。

降低難度的方法 大概可以 是 根據其DNA 找到其 親屬 ,然後 根據親屬 面容 合成 其 本人 長相。


表觀遺傳學告訴我們,即使是編碼DNA序列完全一樣,因為甲基化修飾等也會產生不同的表型。(我錯了~題目討論的是已知全序列的前提下……)

此外,環境因素和後天的個人行為對於一個人的表型影響也很大。

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補充:

首先我要澄清一點,當時第一眼看到這個問題的時候我首先反應的是關於表觀遺傳學的問題,但是這個概念只是老師上課的時候提過,我也不是很熟悉。後來去查了資料,才發現表觀遺傳變異針對的是DNA「編碼」序列不變的情況下,基因表型效應發生可逆的可遺傳的改變,而非全序列的不改變。(好吧,想想這怎麼可能呢……)

那麼,表觀遺傳學在這題中就忽略之了吧。

從DNA序列到表型,信息傳遞的過程可以粗略表示為:

DNA——複製——&>DNA——轉錄——&>RNA——翻譯——&>蛋白質——表達——&>表型

這樣的一個過程是一個被精確調控著,但是又意外不斷發生的過程。

複製、轉錄、翻譯每一步都需要大量的酶參與。而酶的活性受到溫度、酸鹼度、光照等等眾多物理化學因素的影響,(甚至即使是在酶完全地完成了自己的使命,它也存在著一定幾率的錯誤發生)這就是為什麼環境會對錶型產生影響。

人為什麼會晒黑:http://www.zhihu.com/question/20337947?rf=20341435

還有後天的行為對錶型的影響:

不鍛煉,就會長胖,臉就比較圓;不吃飯,臉肯定都沒肉了啊;

PS:好吧,又看到了題目說的是「模擬」,應該說一定程度上是可以模擬出來的,比如說單眼皮還是雙眼皮之類的……

參考文獻:任何一本遺傳學和分子生物學都會有以上那些內容了。


可以啊。用實驗人的精子,或卵子找其他人做體外受精或者試管嬰兒。生出來的女兒可以推測爸爸的長相,兒子可以推測媽媽的長相。


不能 性狀是有基因和環境因素共同決定的。


可以模擬出來,如果你所說的DNA包含了表觀甲基化之類的內容。

證據:同卵雙胞胎幾乎無法辨別


韓國人大多不能【手動滑稽】


用自組織觀點來看,在計算機足夠強大的情況下(一定不是現在!),可以模擬出一個相似而必定不同的人臉,理由如下:

1、DNA是自組織的控制規律,它可以相對精確地控制自組織的發生時機,在到達它所預定的自組織臨界值附近時就會啟動某個自組織過程。簡單的例子就是高中課本上胚胎「形態發生」中,正常情況下從桑椹期的約20-30個細胞中「突然」分化出原腸胚。注意這個數值對於DNA來說已經夠精確了。但DNA控制的畢竟是一個臨界值範圍而不是單個數值,畢竟它是建立在化學反應基礎上,即便DNA完全相同,由於理化環境不同,也會導致表達產物的不同(總會多幾個細胞或少幾個?),即其他答案提到的混沌特性。

2、為什麼模擬會是相似的?我們都容易忽略人體到底有多少細胞。有個不合時宜的比喻,即把太陽縮到紅細胞大小,那麼宇宙只有美國那麼大。可以想見一個人身上可以有多少細胞。DNA的表達產物是相對穩定的,這有助於生物(尤其是多細胞生物)保持其遺傳性狀的總體穩定(從進化觀點可認為不穩定到一定程度即被淘汰)。這是為什麼「一個正常的嬰兒都會笑」的必要原因。DNA可以決定的是你的臉上(尤其是骨骼)什麼時候大概多出多少細胞,在細胞數量龐大的臉上這些大概差異會顯得很小,這就是相似而不同。

3、不排除自然界中小概率事件的發生,因為自組織的混沌特性,初始狀態的微小不同會導致結果的巨大差異。但是進化過程中這一情況是受到淘汰的,哺乳動物胎生的一大好處是一旦出現這樣的情況,母體有機會提前終止子體發育;但機會也不大,因此畸形產兒也是我們可以看到的。可是進化了如此之久,這樣的畸形情況不斷減少。你也許會問,也許同卵雙生二姐妹,一個如花似玉一個相貌奇醜呢?我的回答是:難道這就是天命難違?

4、最大的困難不在DNA,而在模擬。自然情況下是較為容易的,克隆一個就八九不離十(運氣,運氣啊);可是這是千夫所指的行為,再加上你都造了個人出來還叫模擬?!於是乎投靠計算機。可是DNA是以自組織方式「繪畫」的,要想模擬,先得模擬自組織,就需要自然界的原本規律,需要物理化學生物的大發展大繁榮(一點都不好玩),而且,在計算機+人腦的條件下,第3點提到的小概率就成了大可能,我們不是自然界,手抽個筋啥的,畫出的人像就要從蒙娜麗莎變成鳳姐了。

5、我們還是要對未來充滿信心的,比如多找些DNA畫畫看,找點規律啥的,不通過自組織,去用演算法人為模擬,也許會像些。不過差距可能有點大哦。

6、ps:題主的這問題,比造個擁有人腦水平的機器人還要難,現在先好好學習天天向上吧,只有期待美好明天。


同卵雙胞胎,就像是兩個dna相同的人,他們擁有相同的dna,雖然個體上存在差異,但是,面貌的差異是非常小的,這也說明了,相同DNA,其基因表達的過程是受到某種機制的控制的,會出現很大的相同的表達,所以,我認為,只要獲取了DNA,那麼,就可以克隆出擁有這個完整DNA的人的大部分信息,當然,人的遺傳物質不僅僅是DNA,還有rna,還有卵子裡面的線粒體等等。細胞核基因座和細胞質基因組共同影響著基因的表達。

擁有完整遺傳信息理論上,是可以進行克隆的,也就是說,克隆的人,我們是可以知道他的長相的,而且克隆人和本體會有差異,前面說了,除了細胞核遺傳外,還有細胞質遺傳,而細胞質基因組,是無法獲得的,但是,至少相貌要搞清楚,是沒有問題的。

現在只是目前我們的科學沒有到這一步,也許若干年後,破解了基因的表達和控制方式,通過DNA就可以模擬基因表達過程,從而形成完整的人物構架,包括面貌,身體缺陷以及遺傳疾病等,這樣,就可以從基因層面對人體進行全方位的優化改造,比如遺傳疾病的控制以及先天缺陷的控制等等,甚至可以定製長相,基因編碼。

當然,這樣的人,還是存在很多倫理問題的。。。。

所以綜上所述,DNA理論上,是可以模擬出人的長相的,但是目前的技術條件和科學水平還無法達到。


還有環境


模擬長相只能說模擬的是不受外在影響的長相。因為環境受傷留疤毀容、因為癖好打孔穿洞整容,這些dna可能沒有,你需要再加入命運因子,來模擬。


當然不行了,人的外貌還受後天的環境影響。營養好了個子高,皮膚好,長壽。營養不好了,瘦小飢黃


可以,請參考bbc關於法醫的紀錄片-法醫的故事,在第一集末尾,通過建立dna資料庫來模擬容貌,第一次知道真相的我簡直驚呆。


基本上是不能的,因為對於一個生命體而言,外在表現不僅取決於基因,還有環境,表現型由基因型和環境共同決定,就算是對於簡單生命體而言,環境的影響都是巨大的,更何況是人。


蠻支持韓國的說法的,畢竟遺傳還要受外界影響的,如果完全與外界隔絕說不定都長不大


估計其他國人都可以 但是韓國人除外 想模擬出樣子太難了 因為他們都是整容的


其實是不能的。人的長相不同是因為性狀不同,基因控制生物性狀,而基因是具有遺傳效應的DNA片段。

那你就要問了,那不是可以嗎?

但是性狀能夠受環境影響。比如說一個人性狀本來是皮膚較白,但是他去了非洲工作,晒黑了。他就是黑皮膚了,雖然基因沒變,但是外貌變了。

再舉個例子,整容。整容不改變DNA,但是改變了外貌。

差不多了,以上。


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