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看過人工智慧這個電影,故事的結尾,大衛用幾萬年前偷偷剪的媽媽頭髮的頭髮,透過頭髮dna複製出了媽媽。dna能一直儲存在頭髮裡面嗎?假設我剪一縷頭髮放在書本里面,能儲存多久?
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  • 1 # 影像小斌

    你說的DNA複製(正規儲存下,可以2個月左右),要求毛髮必須帶毛囊。

    只要有細胞核的樣本才能複製,單純的頭髮是沒有用的(頭髮是由角蛋白構成的)要鑑定的話,你得連帶頭髮根部的毛囊組織一起拔下來才可以。

    頭髮是角質蛋白,不是細胞

    是"死的"

    1. 頭髮的主要成份是角質蛋白,約佔97%。而角質蛋白是由氨基酸所組成。

    2. 東方人髮質特性是粗黑硬重,因含碳、氫粒子較大較多,所以顏色深。西方人髮質的特性是輕柔細軟,因含碳氫較少,所以顏色較淡。

    3. 構成毛表皮的角蛋白質,是由20多種氨基酸成縱向排列。

    4.頭髮的結構:每根頭髮均由表皮鱗片層、皮質層、髓質層組成。表皮鱗片層為頭髮的最外層,通常由2~4層鱗片組成。表皮層通常是半透明或無色的,所以它可以讓自然髮色透出;皮質層佔頭發的80% ,自然色素沉積 在此, 自然髮色便是因它呈現的;髓質層位於頭的中心, 由許多小氣泡組成。

  • 2 # 雍澈侃科學

    首先,根據您的問題,需要說明的是,DNA是存在於頭髮的毛囊中,只是頭髮的話,其主要成分是角蛋白,除去毛囊的部分,是不含有任何遺傳物質的,因此,單純地剪髮儲存是沒用的,需要將毛囊妥善儲存,才有可能長時間儲存。如果拿到了DNA,能儲存多久呢?

    DNA 是什麼?

    DNA的中文名字叫做脫氧核糖核酸,是絕大部分生物的遺傳物質,但也有例外,很多病毒的遺傳物質是RNA,比如現在引起新冠疫情的冠狀病毒。DNA的結構是一種長鏈聚合物,核苷酸是其基本組成單位,一個核苷酸由一個含氮的鹼基為核心,一個五個碳原子的環狀糖及磷酸基團組成骨架。含氮鹼基有五種,分別是腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U,存在於RNA中,替代了T),這四種脫氧核苷酸所排列而成的序列,可組成遺傳密碼,是合成的蛋白質氨酸序列的依據,這就是DNA所攜帶的遺傳資訊。而您問題中提到的基因,則是DNA中的片段,可以編碼蛋白質。對於像人一樣的真核生物,DNA一般是存在於細胞核中的,頭髮的話,只有毛囊中存在細胞核,因此,想要儲存頭髮中的DNA,就需要儲存好毛囊。

    那麼,DNA能儲存多久呢?

    經常會有這樣的新聞,研究人員挖掘出了某某化石或者骨頭什麼的,從中提取出了DNA,然後進行分析。又或者法醫們從找到的牙齒中,提取了DNA,確定了一堆白骨的死者身份。這些新聞或是影視劇中的場景,讓我們驚訝於DNA的強大,似乎DNA可以長久地儲存,就在那裡等著我們去發現,甚至,還有人認為,從骨灰中也能提取到DNA用來鑑定身份,這可真是“化成灰我也認識你”。

    其實,DNA也是有保質期的,DNA是有機物,像許多物質那樣,會隨著時間的流逝而分解。目前發現的長時間儲存的DNA,都是存在於骨骼,牙齒中。環境中的溫度、溼度、氧氣、光線、微生物還有輻射等,都會對DNA造成損傷,發生降解。

    細胞死亡後,酶開始破壞形成DNA骨架的核苷酸之間的化學鍵,微生物加速了這種破壞。但是從長遠來看,與水的反應被認為是造成大多數鍵降解的原因。地下水幾乎無處不在,因此,從理論上講,埋在骨頭中的DNA應該以固定的速率降解。2012年的一項研究,利用在紐西蘭發現的距今600至8000年前的鳥內骨骼,從中提取到的DNA,研究人員計算出了DNA的半衰期大約是521年。半衰期,簡單理解就是,如果有1克的DNA,經過521年,有一半的DNA不復存在了,再經過521年後,剩餘一半的一半,也降解了,只剩了¼。

    上圖,古遺傳學家Morten Allentoft利用鳥內骨骼提取DNA計算出DNA半衰期。

    該研究小組預測,即使在理想儲存溫度為-5ºC的骨骼中,最長680萬年後,實際上每個化學鍵都會被破壞。更可能出現的情況是, DNA在更早之前,大概150萬年的時間,就不再可讀了,那時剩餘的DNA鏈太短了,無法提供有意義的資訊。

    目前的研究報道,在《自然》雜誌上發表的一篇論文,科學家們已經從大約40萬年前的化石中發現了古代人類的DNA,打破了之前10萬年前最古老人類DNA的記錄。即使在發現了10萬年前人類DNA的研究中,科學家也只解碼出了123個鹼基長度的DNA,而人類DNA的長度在20億到30億個鹼基之間。

    根據本人的工作經驗,平時都是將DNA溶解在含有鹽類的溶液中,儲存在-20或-80℃的冰箱中,如果是放在4℃的環境中,大約1個多月的樣子,DNA的降解就會對實驗有些不利的影響了,更不要說放在室溫的情況下了。實驗室間交換質粒(一種環狀的雙鏈DNA),最簡單的方法就是將含有質粒的溶液滴在濾紙上然後寄出,通常收到之後會立即將質粒溶解下來,低溫儲存。當然,如果想要更長久的儲存DNA,我會將DNA真空乾燥成粉末,-80℃儲存。

    能否用儲存的DNA復活已經死去的生物呢?

    這個問題在很多科幻作品中都有體現,比如比較著名的“侏羅紀公園”,科學家們就從封存在琥珀中的蚊子的消化道內提取了恐龍DNA,復活了恐龍。就目前的技術和DNA的“保質期”來看,這幾乎是不可能的,只是一種科學幻想。琥珀雖然將小蟲子儲存的很好,但那只是小蟲子的軀殼,體內的DNA早就已經降解破壞掉了。

    在2003年的時候,在西班牙,科學家們試圖利用DNA復活一隻已經滅絕了的西班牙羱羊,利用克隆技術,他們成功地使一隻克隆西班牙羱羊出生,但這個被給予厚望的小傢伙只存活了幾分鐘。要知道,在這項研究中,所使用的DNA來自於2000年最後一隻西班牙羱羊的組織,被儲存在液氮中(-196℃),算是很新鮮和完整的DNA了。

    上圖,科學家們想要利用DNA克隆技術復活的西班牙羱羊。

    想要將死亡的生物利用DNA復活,並不是簡單地將DNA完整獲得後植入細胞中就可以了,DNA在生命體中還有更加高階和複雜的結構,還要和多種蛋白質相互作用,才能將遺傳資訊解讀出來。

    回到您的問題上,首先,您應該儲存好頭髮的毛囊,因為毛囊裡才有細胞核,存在DNA;更進一步,應該將毛囊中的DNA存於合適的溶液或者真空乾燥後低溫儲存;更更進一步,應該將DNA完整測序後,將序列儲存下來,畢竟,DNA只是遺傳資訊儲存的一種方式,人類基因組的大小約3Gb,可以存在隨身碟中,網盤中,硬盤裡,再燒錄一張光碟,多個備份,可以省去長久儲存DNA的裝置及耗費了,何樂而不為呢?

    參考資料

    Allentoft, Morten E., Matthew Collins, David Harker, James Haile, Charlotte L. Oskam, Marie L. Hale, Paula F. Campos, et al. “The Half-Life of DNA in Bone: Measuring Decay Kinetics in 158 Dated Fossils.” Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 279, no. 1748 (December 7, 2012): 4724–33. https://doi.org/10.1098/rspb.2012.1745.

    Castellano, Sergi, Genís Parra, Federico A. Sánchez-Quinto, Fernando Racimo, Martin Kuhlwilm, Martin Kircher, Susanna Sawyer, et al. “Patterns of Coding Variation in the Complete Exomes of Three Neandertals.” Proceedings of the National Academy of Sciences 111, no. 18 (May 6, 2014): 6666–71. https://doi.org/10.1073/pnas.1405138111.

    Voigt, Maria, Serge A. Wich, Marc Ancrenaz, Erik Meijaard, Nicola Abram, Graham L. Banes, Gail Campbell-Smith, et al. “Global Demand for Natural Resources Eliminated More Than 100,000 Bornean Orangutans.” Current Biology: CB 28, no. 5 (05 2018): 761-769.e5. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.01.053.

    Meyer, Matthias, Qiaomei Fu, Ayinuer Aximu-Petri, Isabelle Glocke, Birgit Nickel, Juan-Luis Arsuaga, Ignacio Martínez, et al. “A Mitochondrial Genome Sequence of a Hominin from Sima de Los Huesos.” Nature 505, no. 7483 (January 2014): 403–6. https://doi.org/10.1038/nature12788.

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