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客官留步,要不要科学“看手相”?|汪思佳

对人类指纹类型影响最大的,居然不是皮肤而是肢体发育?特定的指纹,可能和特定的疾病易感性基因有关?拥有“川”形掌纹的人会有什么与众不同的性格?未来能否根据肤纹更早地鉴别疾病患儿,更及时地干预?……中国科学院上海生命科学研究院研究员、博士生导师,中科院计算生物学重点实验室副主任,中科院上海生科院生物医学大数据中心副主任汪思佳带来《如何用科学方法“看手相”?》。

点击图片可观看汪思佳演讲视频

以下为汪思佳演讲实录:

我是汪思佳。

我首先要声明一下,我真不会看手相,而且我非常怕别人说我是看手相的。我不是算命的,也不是在为算命站台——其实这个题目,稍微有一点哗众取宠。所以我接下来,先说介绍一下我是做什么的,让大家知道我是科学家,我的主要研究领域是什么。

其实我一开始,是研究人类的遗传及表型特征多样性。我们知道,人类走出非洲后,到达不同的地域以后形成了不同的适应。适应整体环境的时候,就会形成不同的特征。

我在博士期间,研究的就是人群之间的遗传多样性,可以推导出过去发生过什么样的历史事件,比如人类的迁徙和人群的混合。博士后期间,我研究的是自然选择在人类基因组上留下的印记,以及会造成什么样的表型变化。

我在2012年的时候回国,加入了这个中科院上海生命科学研究院,开始专门研究人类外观特征背后的基因,以及它们和健康状态的一些关系。

这是中科院上海生命科学研究院,可以说是我们国家生命科学领域最棒的机构之一。

我的主要研究对象,在前面已经提到了,就是人类外貌特征。我主要关注的三个地方:Skin and appendages(皮毛问题),Face and skull(面相)和Hands and limbs(手相)

但是我要跟大家说的是,其实我们是很科学的。我主要从两个角度进行研究——

Molecular mechanisms(分子机制)。人与人之间的特性其实有相当大的差异,要先量化,再去研究它跟基因到底有什么关系。

Health implications(健康影响)。这些特征差异背后,其实和健康疾病很有关系。

我今天就跟大家讲讲第三部分,就是手相部分,非常有意思。

首先,我要强调,我这项工作和这三位很有关系。

第一位是复旦大学的金力院士,他是我的一个很密切的合作伙伴。我现在是跟他一块儿合作一个非常大的国际项目,人类表型组计划,就是想把人从里到外、从头到脚、从分子到器官都量化起来。然后看看各个东西之间、各个层级之间表型的关系。

第二位是张海国老师,他看手相看了几十年,是专门做指纹肤纹的研究的一位老师,也出版了相关专著。张海国老师其实也是我做这方面研究的一个原因。张海国老师退休以后被复旦大学返聘,我回来做采样的时候就跟他合作起来。他非常想知道肤纹背后的基因到底是什么,于是我们就利用这个机会把研究开展起来了。

李金喜是我课题组的第一位博士生,她现在也在做博士后的研究。她接下来的很多工作,其实都是她作为第一作者完成的。

指纹的花纹,形成于胚胎发育的早期,差不多在3、4个月的时候就形成了。这是中华指纹博物馆里面陈列的一个差不多4个月大的胚胎,皮肤基本上已经发育完成了,可以看到清晰的花纹。

指纹花纹的分布,可以分为三级特征。其中,一级特征其实就是弓、箕、斗三型,有很强的群体差异。不同群体的人,频率是不一样的。比如说我们亚洲人,就是斗型比较多、箕型比较少。

指纹遗传率也专门有人研究过。有一个非常好的问题,就是同卵双生子的指纹是不是一样?确实,在一级特征上面,相似性会比较强;但其实也可能不一样。我们研究过指纹形成的机制,其实指纹也有遗传,当时遗传率也是用双生子来推测的。一级特征大概在0.5~0.7,比较高(身高的遗传率是0.8~0.9,体重的遗传率只有0.5左右)。这个数值是用同卵双生子和异卵双生子做比对得到的,比较可靠。

这幅图是我们最近的研究成果,尚未发表:我们通过全基因组扫描,第一个发现了跟指纹相关的基因。

在全基因组层面上,有30亿个碱基对,其实只有1%的位点,人与人之间会有差异。我们想做的,其实就是基因多样性和表型多样性的关联性,想知道,到底哪些基因会和表型多样性相关

我们从庞大的基因组里,隔一段就抽一个多样性的位点,总共差不多抽了几十万个位点。然后,将这几十万位点,每一个都去跟表型做关联分析。横轴其实就代表了染色体的位点,纵轴表示的是P值(关联性特别强的时候,P值也会特别显著)的对数转化。

这张图我们叫做曼哈顿图,因为你会发现有些地方特别高,类似曼哈顿的高楼。这些特别高的地方,其实就是我们找到的信号的位点,跟表型有关。在图中,有三个位点跳了出来。

这个发现,有好几个亮点。

首先,关联以后的基因,都是和肢体发育相关的。

另外,最左边的线代表的位点和当中的三根手指相关,最右边的线代表的位点跟两根小指相关的,中间的线代表的位点是跟右手大拇指相关的。也就是说,不同的基因和不同的手指花纹相关。

这个成果,跟之前发现的block structure(块结构)类似。我们的当中三根手指是一个block,也就是说,如果你的食指是斗型的话,中指和无名指也更容易是斗型。之前通过观察,我们知道存在这样一个情况,但是都不知道为什么;而如今我们的发现,就提供了线索。

我们去看了一些指纹花纹发育的一些文献,发现其实在7~12周,会先出现一个叫掌趾垫的东西,然后才形成了一系列的指纹特征。

掌趾垫对指纹花纹的形成起到非常重要的作用,它本身也会受到外力的影响:往右边扯一扯,可能就变成往右边扯的一个箕型花纹;往左边扯一扯,就变成往左边扯的箕型花纹;没有作用力,可能就是 斗型花纹;两边都往下扯,就变成一个弓型花纹,这一种其实特别少。

所以这也是为什么我发现的基因,基本上都是跟limb development(肢体发育)相关。因此,即使是同卵双生子的指纹也会有不一样的地方,因为在子宫内受到的牵扯力会影响到指纹花纹的形成。所以,指纹花纹的遗传率是0.5~0.7,还有很大的一部分不遗传,由外界因素影响。

我们发现的那个跟当中三根手指相关的基因,有个特别有意思的特性:它是一个白血病易感基因。我们发现这件事情以后,非常兴奋,因为60年代,柳叶刀杂志(The Lancet)上大概有近10篇文章都提到了白血病病人的斗型花纹比正常人多。

不过大家不用担心,你就算是十个斗,也不代表会得白血病,因为这不是一个prediction(预言),也不是一个诊断的标准。平均来说,在普通人群中斗型花纹有35%的话,白血病病人里面可能有38%,仅仅是在统计学上显著。

这里其实就涉及“一因多效性”(一个基因可以影响许多性状的发育)。我们认为,很有可能是胚胎发育的早,有一个基因位点改变了EVI1基因的表达,一方面它更容易变形成斗型花纹,另一方面它正好是一个白血病易感基因。所以二者之间,并不是互为因果,只是具有共因

前面我提到,60年代有一系列相关文章发表在柳叶刀杂志上,其实是有原因的,因为当时正处于学术潮流:在更早的时候,科学家发现了唐氏综合征病人的肤纹特征和正常人不一样。从那以后,科学界就非常想知道,是不是还有其他疾病和掌纹有关。然而他们去做了一大堆的研究,最后就只发现了白血病。

唐氏综合征的那个发现其实很有意思。事实上,那时候统计学不太准确,做的预测模型也不太好。所以,我们想正儿八经地验证一下,如果想用肤纹特征去预测(我们叫辅助诊断)唐氏综合征,到底有多准

现在大家都知道,唐氏综合征的检测(无创产前检测,NIPT)是在产前。在北京、上海这样的大城市,唐氏的早筛非常普及;但其他地方的普及率却不是很高。我们国家每年生下来的唐氏病人有近万人。唐氏综合征的病人其实有一些比较特别的面部特征,所以刚生下来,有一半以上的唐氏的病人就会被现场发现,然后会再去做一个核心检验;但是也有很大的一部分在现场没有发现,带回家长到两三岁才被发现。这时候家长把他送过来就诊,其实已经错过了最好的干预期。因为如果生下来的时候就被发现、前面两年就开始干预的话,尽管没有办法发育到正常人的水平,但IQ水平会明显高于晚干预的那些。

我们受到了一个灵感启发:小孩生下来,有点家长喜欢去做手足模,留下掌纹作为纪念。如果能收集到掌纹的照片,在我们的程序(algorithm)里面跑一下,就能知道检测有多准。所以我们专门做了一个模型,发现效果非常好,准确率可以达到0.99,比面部表型的判断还要准一些。

后来我们发现,其实几乎所有的染色体疾病都会对肤纹(包括指纹、掌纹和足纹)产生影响,所以,就可以利用这个特性去做相关疾病的辅助诊断。我们把检测模型完善后,申请了一个专利,希望能够扩大它的应用,帮助国家减轻染色体疾病的负担。

这是我们当时的一个分形,检验了三个不同地方的唐氏综合征病人肤纹样本(case),同时取了两个地方的控制样本(control),可以发现基本上都是可以分开的,AUC(Area Under Curve,用于评价样本的区分能力,大于0.7表示分类有效)卡到了0.99。

我们主要抓六个表型,具体如下——

肤纹检验的六个表型

  1. 唐氏病人右足拇指球纹的弓型会多一些(最重要的一点)。
  2. 断掌在唐氏病人中出现的几率比较高,左手atd角度也会更大一些。
  3. 唐氏病人左手三指下方第IV间区花纹的弓型会多一些。
  4. 唐氏病人左手无名指的嵴线数比正常人少一些。
  5. 大多数人的小指有两条纹路,而很大一部分唐氏病人只有一条。
  6. 唐氏病人左手手掌出现猿线几率较高。

 

尽管上面每一条都不能绝对判定,但六条加起来以后就可以检测得非常好。

前面曾提到,掌纹和性格也有关系,听上去有点像算命的。下面这张图是川掌,其实在普通人群里频率并不高,大于男性4%、女性8%。根据我们推测,它应该是一个与X染色体相关联(link)的主效基因(Xq23),而X染色体上有相当多和性格相关的基因。最后,我们把Xq23基因定位到了上图红色标注的这个位点,现在正在做一些功能的验证,看它到底是不是跟性格有关系。

我为什么会做这个研究呢?其实是我的一个大学同学,他找到我表示想研究一下川字纹。他说他是川字纹,而他家系中只要是X染色体link基本上都符合。我也是川字纹,我就问了我的家人呢,发现也差不多是符合,我就觉得这个事情有点做头。

后来,我的同学说他觉得川字纹和领导力有关。我问他,为什么?然后他给我展示了一张这样的图片(如上):这些招手的明星和领导人都是川字纹。

我说,你这个方法不够科学。真要做的话,得看比例。比方说,把美国历代总统、国务卿全都抓出来,然后统计一下川字纹的比例是不是比正常的要高。

过了几个礼拜,他说找到证据了。他说自己正在上复旦的EMBA课,把这门课的小伙伴(有很多企业高管)全都看了一遍掌纹,发现40个人里面有11个川字纹,27.5%,明显高于正常人的6%。

于是我就开始做这方面的研究。目前,具体的结果还没有出来,但是我觉得很有意思,因为我非常相信“一因多效性”,我们发现了大量的证据。

最后,给大家看一对掌纹。这是谁的掌纹,你知道吗?

这是爱因斯坦的掌纹,也是川字纹。

我的分享就到这里,非常感谢各位。

演讲嘉宾汪思佳:《如何用科学方法“看手相”?》

(编辑:麦芽杨、凝音)

The End

发布于2019-08-29, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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