諾貝爾獎與破案

文/阿碧

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諾貝爾獎與破案

文/阿碧

每年10月初，諾貝爾獎中三項(xiàng)科學(xué)獎的頒發(fā)無疑是科學(xué)界的一大盛事，科學(xué)家們都在關(guān)注著又有誰榮獲了科學(xué)界的最高勛章。這樣的熱鬧似乎與法醫(yī)們無關(guān)，因?yàn)樗麄儚氖碌牟⒎亲钋把氐难芯?，迄今還沒有一位法醫(yī)學(xué)研究人員獲得過諾貝爾獎。但是，這并不妨礙法醫(yī)們對諾貝爾獎的關(guān)注，因?yàn)闅v史上諾貝爾獎的一些獲獎成果后來在法醫(yī)學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。

瑞士的法醫(yī)學(xué)研究人員史蒂芬·博利格爾就是關(guān)注者之一。他說：“每年10月，我都要花一些時(shí)間去研究諾貝爾獎獲得者的獲獎成果，看看那些成果是否可以用到法醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域。在今年的三項(xiàng)科學(xué)獎中，我覺得以后可能和我們法醫(yī)有關(guān)的是化學(xué)獎的獲獎成果。今年的化學(xué)獎是獎給了準(zhǔn)晶體材料的發(fā)現(xiàn)者，這種材料可以用來制造新式武器，我們法醫(yī)工作者必須了解這種新材料?！?/p>

編輯：陳暢鳴 charmingchin@163.com

法醫(yī)技術(shù) 01

準(zhǔn)晶體武器

謝赫特曼，2011年諾貝爾化學(xué)獎獲得者，發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)晶體。這種材料可用于武器和利器的制造。

2011年10月5日，諾貝爾獎評選委員會宣布把化學(xué)獎授予以色列材料科學(xué)家達(dá)尼埃爾·謝赫特曼，以表彰他對準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)。傳統(tǒng)的教科書中都寫道，固體材料分為晶體和非晶體兩種。就拿某個犯罪分子所用的匕首來說，匕首的金屬部分是晶體材料，材料中的原子按照一定的規(guī)律進(jìn)行重復(fù)排列；而匕首的塑料套或木頭把是非晶體材料，材料中的分子或原子排列雜亂無章，沒有特別的規(guī)律。那么，有沒有一種固體材料既不是晶體又不是非晶體呢？謝赫特曼就發(fā)現(xiàn)了這樣一種介于晶體和非晶體之間的準(zhǔn)晶體材料。準(zhǔn)晶體中內(nèi)部原子的排列很有規(guī)律，但是不會重復(fù)排列。

由于準(zhǔn)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性，導(dǎo)致了它具有特別的物理屬性。這種材料本來就是謝赫特曼研究高強(qiáng)度航空合金材料時(shí)發(fā)現(xiàn)的。事實(shí)證明，準(zhǔn)晶體的強(qiáng)度特別大，可用于制造刀具、槍炮等對強(qiáng)度要求較高的武器。這種準(zhǔn)晶體武器很可能被犯罪分子所利用。另外，準(zhǔn)晶體還可以用于制造高強(qiáng)度的銳利針頭，可以迅速無痛甚至無感覺地刺入到人體的某個部位，就像村上春樹的暢銷小說《1Q84》中的女主人公青豆所用的針頭那樣。利用這種細(xì)小銳利的針頭殺害某人后，甚至不會在身體表面留下痕跡。因此，準(zhǔn)晶體針頭很可能被恐怖分子用來制造恐怖活動。由于目前準(zhǔn)晶體是一種特種的材料，會制造的工廠很少，如果有犯罪分子或恐怖分子采用了準(zhǔn)晶體制造的武器或針頭，就很容易查明其來源。

法醫(yī)技術(shù) 02

DNA指紋技術(shù)

穆利斯，1993年諾貝爾化學(xué)獎獲得者，發(fā)明了PCR技術(shù)。這種技術(shù)可以用于微量DNA樣品的鑒定。

眾所周知，每個人都有指紋，而且?guī)缀趺總€人的指紋都很獨(dú)特，很難找到兩個一模一樣的指紋。研究還表明，每個人的DNA也像指紋那樣具有特異性。因此，在法醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)對個體的DNA鑒定技術(shù)又稱為DNA指紋技術(shù)?，F(xiàn)代分子生物學(xué)知識告訴我們，每個人的DNA不完全相同，人與人之間不同的堿基對數(shù)目達(dá)百萬之多，因此通過分子生物學(xué)方法所顯示出來的人的DNA圖譜就會因人而異。

由于DNA是負(fù)責(zé)遺傳特性的基本物質(zhì)，因此通過對DNA指紋的鑒定就可以判斷兩個人之間的親緣關(guān)系，而不僅僅是分辨人與人的不同了。例如1998年年底美國某報(bào)紙披露說在某地找著了一個克林頓總統(tǒng)的私生子，這個黑人小孩的出現(xiàn)幾乎要了正處于被彈劾之難堪境地的緋聞總統(tǒng)克林頓的老命，幸虧后來經(jīng)DNA指紋證明該黑小孩與克林頓總統(tǒng)沒有親緣關(guān)系，否則白宮非亂套不可；當(dāng)然，我們也不要忘記，同樣是經(jīng)過DNA指紋鑒定，美國獨(dú)立檢察官斯塔爾證明沾在萊溫斯基裙子上的精液來源于克林頓，從而逼得克林頓總統(tǒng)走投無路，只好承認(rèn)他與萊溫斯基的不正常關(guān)系。

在一些犯罪案中，有時(shí)現(xiàn)場被有意或無意破壞，有時(shí)犯罪之后很久才被人發(fā)現(xiàn)。此時(shí)，從犯罪現(xiàn)場收集到的DNA樣品所含DNA分子極少，不能用于完成DNA鑒定的全過程。此時(shí)，就需要用到PCR技術(shù)。PCR的中文名稱是“聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，可以用于高效復(fù)制DNA片段，可以從微量的DNA痕跡（如血跡、頭發(fā)、唾液、精斑等）中復(fù)制出大量的DNA分子，這樣有利于法醫(yī)進(jìn)行充分完整的DNA指紋鑒定。PCR技術(shù)的奇妙之處主要有以下兩點(diǎn)：一是被擴(kuò)增的DNA分子所需量極小，理論上講一個分子就可以用于擴(kuò)增了；二是擴(kuò)增效率高，幾個小時(shí)就擴(kuò)增1000萬倍以上。

PCR技術(shù)也是諾貝爾獎獲獎成果。1985年，美國生物化學(xué)家卡利·穆利斯發(fā)現(xiàn)用PCR技術(shù)可以復(fù)制DNA樣品。此后，這種技術(shù)廣泛用于古生物學(xué)中的DNA片段擴(kuò)展、醫(yī)學(xué)中的疾病診斷和法醫(yī)學(xué)中的DNA指紋鑒定，尤其對法醫(yī)們幫助很大。1993年，穆利斯因?yàn)榘l(fā)明了PCR技術(shù)而獲得了諾貝爾化學(xué)獎。就在穆利斯獲獎的第二年，美國發(fā)生了一件有名的血案，PCR技術(shù)破解了這件血案。1994年6月12日午夜，美國體育明星辛普森的前妻和男友在家門口被殺，辛普森成為犯罪嫌疑人之一。利用現(xiàn)場提取的血跡，法醫(yī)利用PCR技術(shù)證實(shí)血跡中有辛普森的DNA，證明辛普森在案發(fā)現(xiàn)場出現(xiàn)過。辛普森最終服法。

法醫(yī)技術(shù)03

碳14年代測定

自然界中的碳元素有三種同位素，即穩(wěn)定的同位素碳12、碳13和放射性同位素碳14。1940年，美國化學(xué)家馬丁·卡門和同事塞繆爾·魯賓首次發(fā)現(xiàn)了自然界中存在碳14。碳是組成我們?nèi)梭w和其他生物的基本元素，由于碳14自古以來就存在，并隨著時(shí)間的流逝而不斷衰減，因此不同時(shí)期生物體內(nèi)的碳14含量是不同的。1947年，美國放射化學(xué)家威拉德·利比根據(jù)這個原理開始研究利用碳14測定年代，并獲得成功。1952年，他發(fā)表著作《放射性碳測定年代》。此項(xiàng)技術(shù)為考古學(xué)家、人類學(xué)家和地球科學(xué)家提供了極有價(jià)值的手段。

碳14年代測定最初廣泛用于考古學(xué)、古生物學(xué)和古地質(zhì)學(xué)的研究，并獲得了豐碩的成果。后來，法醫(yī)們發(fā)現(xiàn)碳14可以用來破獲年代久遠(yuǎn)的疑案。2011年7月5日，英國，法醫(yī)認(rèn)定，在英國廣播公司電視主持人戴維·阿滕伯勒住宅花園內(nèi)發(fā)現(xiàn)的頭蓋骨，為132年前倫敦“無頭”懸案被害人頭顱。1879年3月2日，55歲的富家遺孀朱莉婭·托馬斯遭29歲女管家凱特·韋伯斯特殺害。兇手用斧子分尸受害人，燒煮部分遺骸并裝入木盒。案發(fā)幾天后，一名煤礦工人在泰晤士河沿岸巴恩斯地區(qū)發(fā)現(xiàn)木盒。韋伯斯特在案發(fā)當(dāng)年獲判并執(zhí)行絞刑，而被害人頭顱一直沒有下落。這個案件轟動一時(shí)，依遺骸的發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)獲稱“巴恩斯謎案”。去年10月，阿滕伯勒擴(kuò)建自家住宅房屋時(shí)，起獲一個頭蓋骨。利用碳14同位素年代測定技術(shù)，法醫(yī)艾莉森·湯普森測定了這個頭蓋骨的死亡時(shí)間；結(jié)合當(dāng)?shù)厝丝跈n案，湯普森確認(rèn)頭蓋骨屬于“巴恩斯謎案”中的受害者托馬斯。

在利比最初發(fā)現(xiàn)碳14測定年代的時(shí)候，誤差還比較大，可能誤差幾十年，不能精確地進(jìn)行年代測定。隨著測定技術(shù)的進(jìn)步，碳14年代測定越來越精確，甚至可以用來測定受害者的精確年齡，縮小偵查范圍。目前，科學(xué)家常用粒子加速器來進(jìn)行碳14年代測定，這種高科技方法十分精確，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了利比當(dāng)年的常規(guī)方法。丹麥哥本哈根大學(xué)法醫(yī)研究人員林奈洛普等人就發(fā)現(xiàn)，使用大型核粒子加速器可以測定年齡。他們在一年半之內(nèi)檢驗(yàn)了13具遺體的眼球水晶體，推算出的死者年齡，與死者死亡時(shí)的實(shí)際年齡完全符合。眼球水晶體含有名為“水晶體蛋白”的透明蛋白質(zhì)，可以讓光線穿過，抵達(dá)視網(wǎng)膜。水晶體蛋白質(zhì)在人類胎兒發(fā)育期形成，此后不會再有變化，是一種特殊的年齡記錄載體。

利比，1960年諾貝爾化學(xué)獎獲得者，發(fā)明了碳14年代測定技術(shù)。這種技術(shù)可以測定死者的死亡時(shí)間和年齡。

法醫(yī)技術(shù) 04

拉曼光譜分析法

1928年，印度物理學(xué)家拉曼在實(shí)驗(yàn)里發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光穿過透明介質(zhì)被分子散射的光發(fā)生頻率變化。這一現(xiàn)象后來被科學(xué)界稱為拉曼散射。后來，拉曼等人在拉曼散射的基礎(chǔ)上發(fā)展出了拉曼光譜分析法。這種方法對與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析，以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究。1930年，拉曼因?yàn)樵诶庾V方面的成就而獲得了諾貝爾物理獎。

由于拉曼光譜分析可以精確地測定混合物中所含化學(xué)物質(zhì)的成分，這種方法很快就被法醫(yī)們所掌握，尤其適用于對毒品的分析。常見毒品均有相當(dāng)豐富的拉曼特征位移峰，且每個峰的信噪比較高，表明用拉曼光譜法對毒品進(jìn)行成分分析方法可行，得到的譜圖質(zhì)量較高。由于激光拉曼光譜具有微區(qū)分析功能，即使毒品和其他白色粉末狀物質(zhì)混合在一起，也可以通過顯微分析技術(shù)對其進(jìn)行識別，得到毒品和其他白色粉末的拉曼光譜圖。

一些毒販經(jīng)常將可卡因等毒品溶在酒中以逃避檢查。2010年，英國和瑞士研究人員針對這個問題分別開發(fā)出兩種新型檢測儀，可以在不用打開酒瓶的情況下檢測出酒中是否含有可卡因等毒品。他們利用拉曼光譜原理研發(fā)出一種可手持的小型檢測儀。這種儀器采用特殊的激光照射酒瓶，然后對散射光進(jìn)行光譜分析，就可得知其中是否含有可卡因等毒品。經(jīng)對多種品牌的酒進(jìn)行試驗(yàn)顯示，無論酒的顏色是淺是深，酒瓶是無色還是棕色、淺綠色或深綠色，使用這種儀器都能檢測出其中溶有的可卡因，能檢測到的濃度遠(yuǎn)低于目前毒販為逃避檢查經(jīng)常使用的濃度。

除了用于鑒定毒品外，拉曼光譜還可以鑒定文件上的字跡是否為添加或改寫。這種鑒定是法庭科學(xué)工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，尤其是日期、數(shù)額等少量字或細(xì)微筆畫的添改，在各類民事訴訟案件中出現(xiàn)的頻率高、檢驗(yàn)難度大。中國的法醫(yī)研究人員依據(jù)書寫筆油墨的同色異譜特征，利用拉曼光譜儀進(jìn)行面掃描成像分析檢驗(yàn)。結(jié)果即使是差異很小的黑色圓珠筆油墨書寫的交叉筆畫,,也能看清。

法醫(yī)技術(shù) 05

“化學(xué)指紋”重氫

拉曼，1930年諾貝爾物理獎獲得者，發(fā)現(xiàn)了拉曼光譜分析法。這種技術(shù)可以用于毒品檢測。

在20世紀(jì)初期各種元素的同位素研究中，最引人關(guān)注的是氫有沒有同位素的問題。1931年初，有人從理論上推導(dǎo)，認(rèn)為氫元素除了原子量為1的普通氫原子外，應(yīng)該有原子量為2的同位素存在。1931年年底，美國哥倫比亞大學(xué)的哈羅德·尤里教授和他的助手們，把4升液態(tài)氫在超低溫下緩慢蒸發(fā)，最后只剩下幾立方毫米液氫，然后用光譜分析發(fā)現(xiàn)了原子量為2的氫同位素，并將之命名為重氫。重氫的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)界在20世紀(jì)30年代初的一件大事。尤里因此在1934年榮獲了諾貝爾化學(xué)獎。

重氫發(fā)現(xiàn)之后，主要用于核科學(xué)方面的研究，是制造氫彈的主要原料之一。直到近年，法醫(yī)研究人員才發(fā)現(xiàn)重氫在法醫(yī)學(xué)研究中的用途。美國鹽湖城一家科研公司的分析化學(xué)師萊斯利·徹斯森和同事發(fā)現(xiàn)，各個地區(qū)的水中的重氫含量是有細(xì)微差異的，利用這種差異可以制成重氫地圖。重氫會隨著人們的飲食進(jìn)入人體內(nèi)，不同地區(qū)的人們體內(nèi)的重氫含量也因此不同。因此，檢測犯罪嫌疑人或受害者留下的頭發(fā)、指甲、血跡、肌肉等有機(jī)組織中的重氫，可以大致確定他們生活的地區(qū)，縮小偵查范圍。

尤里，1934年諾貝爾化學(xué)獎獲得者，發(fā)現(xiàn)了重氫。重氫可以用于確定犯罪嫌疑人生活的地區(qū)。

法醫(yī)技術(shù) 06

X射線探測

倫琴，1901年諾貝爾物理獎獲得者，發(fā)現(xiàn)了X射線。X射線廣泛用于安全檢測和人體傷殘檢測及尸檢。

X射線是波長介于紫外線和γ射線間的電磁輻射，是德國物理學(xué)家威爾姆·倫琴在1895年發(fā)現(xiàn)的，他因此榮獲1901年諾貝爾物理獎。實(shí)驗(yàn)室中X射線由X射線管產(chǎn)生，用幾萬伏至幾十萬伏的高壓加速電子，電子束轟擊靶極，X射線從靶極發(fā)出。X射線有極好的穿透性，可以穿過大多數(shù)物質(zhì)，探測到內(nèi)部物質(zhì)的一些圖像。因此，X射線探測儀目前廣泛用于安全檢測。在一些發(fā)生斗毆的民事糾紛或刑事案件中，法醫(yī)會根據(jù)X射線檢測結(jié)果來確定傷者所受的內(nèi)傷程度，以此定刑和確定民事賠償?shù)慕痤~。

1963年，美國物理學(xué)家阿蘭·科馬克發(fā)現(xiàn)人體不同的組織對X線的透過率有所不同，在研究中還得出了一些有關(guān)的計(jì)算公式，這些公式為后來計(jì)算機(jī)輔助X射線斷層成像儀（即我們熟知的CT機(jī)）的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。1971年，英國科學(xué)家漢斯菲爾德根據(jù)科馬克的理論發(fā)明了CT機(jī)。這兩位研究人員由此獲得了1979年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。CT機(jī)以它高分辨率、高靈敏度、多層次等優(yōu)越性，發(fā)揮了有別于傳統(tǒng)X線檢查的巨大作用。對于法醫(yī)們來說，CT機(jī)可以有效地檢測死傷者傷口的位置和受損程度，因此確認(rèn)兇器的類型和形狀。借助CT機(jī)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，法醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生們還可以進(jìn)行虛擬尸檢。