Новая компьютерная программа восстанавливает лицо человека по ДНК

Изображения лиц, показывающие диапазон вариаций между расовой принадлежностью и полом

Изображения лиц, показывающие диапазон вариаций между расовой принадлежностью и полом
(иллюстрация Shriver Claes/Penn State).

Сравнение представителей африканских и европейских этнических групп. Во втором ряду показана доля общей вариации и три параметра, изменяющих формы лица

Сравнение представителей африканских и европейских этнических групп. Во втором ряду показана доля общей вариации и три параметра, изменяющих формы лица
(иллюстрация Shriver Claes/Penn State/ перевод Вести.Наука).

Сравнение представителей разных полов по тем же параметрам, что и сравнение разных рас

Сравнение представителей разных полов по тем же параметрам, что и сравнение разных рас
(иллюстрация Shriver Claes/Penn State/перевод Вести.Наука).

Изображения лиц, показывающие диапазон вариаций между расовой принадлежностью и полом
Сравнение представителей африканских и европейских этнических групп. Во втором ряду показана доля общей вариации и три параметра, изменяющих формы лица
Сравнение представителей разных полов по тем же параметрам, что и сравнение разных рас

Анализ ДНК может рассказать о приблизительной родословной человека, его генетических заболеваниях и половой принадлежности. Как выяснилось, этих данных достаточно и для составления приблизительного портрета индивидуума: на основе информации о поле и расовой принадлежности (то есть, степенях смешения рас) создаётся трёхмерная модель-портрет человека.

"Сопоставив пол, геномное происхождение и генотип, можно восстановить очертания лица по некоторым аллелям", — пишут учёные в статье, опубликованной в журнале PLOS Genetics. Они также добавляют, что одновременное моделирование вариаций формы лица в зависимости от пола и геномной родословной наряду с генетическими маркерами в черепно-лицевых генах-кандидатах позволяет исключить из модели общие эффекты, оставив лишь отпечатки индивидуальных генов.

В сущности, комбинируя данные о половой и расовой принадлежности, исследователи узнают, как определённые гены и их вариации влияют на форму лица и его особенности.

"В настоящее время мы используем ДНК для идентификации личности. Но мы можем получить гораздо большее из этих данных. Пока что мы не способны в точности восстановить все внешние признаки индивидуума-донора, но и эта перспектива уже не за горами", — говорит ведущий автор исследования Марк Шрайвер (Mark Shriver), профессор антропологии из университета Пенсильвании.

Изначально учёные сравнили физическую форму и черты лица индивидуумов с его генетическими маркерами, ответственными за эту "информацию". После этого они провели эксперимент, попросив добровольцев посмотреть на лица и определить четыре критерия. Им задавали вопросы:

1. Лицо мужское или женское?
2. Насколько женственное лицо перед вами?
3. Какова доля западно-африканской принадлежности у этого индивидуума?
4. К какой группе вы бы отнесли этого человека — афро-американской, белой, европейско-американской или смешанной?

Изображения лиц, показывающие диапазон вариаций между расовой принадлежностью и полом
(иллюстрация Shriver Claes/Penn State).

Для исследования формы лица учёные использовали 592 представителей популяций смешанного типа западно-африканского и европейского происхождения, проживающих в США, Бразилии и Кабо-Верде. При создании модели на трёхмерные изображения их лиц поместили сетку и измерили пространственные координаты 7 тысяч соединённых точек.

Затем при помощи статистических методов учёные определили взаимосвязи между вариациями физических характеристик лиц и разницей в данных о половой принадлежности, геномном происхождении и генах, определяющих форму лица и головы. Например, плоскость носа или ширина скул могла отличаться от среднего показателя.

Для идентификации этих генов исследователи изучили распространённые генетические мутации, провоцирующие деформации черепа и лица. При этом учитывались даже вариации генов в пределах нормы, так как они также могут повлиять на внешний вид черепа. К примеру, один из генов отвечает за форму губ, другой изменяет форму и конфигурацию костей вокруг глаз, а третий влияет на форму центральной части лица.

Сравнивая геномы добровольцев-доноров, Шрайвер и его коллеги определили локации, где ДНК отличались всего на одно основание, называемое однонуклеотидным полиморфизмом (ОНП). Чтобы сузить поиск, они сосредоточились на генах, предположительно связанных с конфигурацией черт лица, к примеру, тех, которые отвечают за форму головы в процессе эмбрионального развития.

Основываясь на данных о половой принадлежности и происхождении, учёные вычисляли статистическую вероятность того, что данный ОНП был вовлечён в определение особенностей лица.

Таким образом были выявлены 24 ОНП на 20 генах, которые в значительной степени отвечали за формы и черты лица.

Компьютерная программа, в дальнейшем разработанная исследователями, используя эти данные, может превратить последовательность ДНК неизвестного человека в трёхмерную модель лица.

"Вероятно, всего 5% генов отвечают за разницу между популяциями. В нашей работе мы использовали представителей разных этнических групп, поскольку они проживают в разных условиях окружающей и социальной среды", — рассказывает Шрайвер. В данный момент он вместе со своей командой ищет больше доноров-добровольцев для определения различных вариаций форм и черт лица, соотносящихся с происхождением и другими факторами.

Сравнение представителей разных полов по тем же параметрам, что и сравнение разных рас (иллюстрация Shriver Claes/Penn State/перевод Вести.Наука).

Как сообщается в пресс-релизе университета Пенсильвании, предметом исследования стали именно лица, поскольку эта самая видимая часть каждого индивидуума. Необходимо учитывать, что такие факторы, как температура, количество осадков и многое другое, влияют на некоторые физические особенности.

Более того, на чертах лица могут сказаться последствия полового отбора, а также расположенность или нерасположенность социума к определённому внешнему виду. Эти изменения передаются от группы к группе, и они могут не иметь никакого отношения к выживаемости, но взаимосвязаны напрямую с выбором полового партнёра и общей борьбой.

Обе эти стороны естественного отбора отражаются на лицах в разных географических зонах по-разному. Поэтому, используя в исследовании индивидуумов смешанного происхождения, можно получить наиболее полные данные о вариациях формы лица.

"Окружающая среда и социальная среда являются основными движущими факторами в изменениях целых наборов генов, определяющих внешний вид человека", — утверждает автор исследования Питер Клэ (Peter Claes) из Исследовательского центра диагностической визуализации в Лёвене, Бельгия.

Добавим, что у разработанной технологии существует масса практических применений. К примеру, по ДНК ребёнка в будущем можно будет восстанавливать портреты родителей. Методика пригодится и в антропологических исследованиях: в скором времени восстановить внешний вид ранних предков Homo sapiens будет намного проще.

И, наконец, самое близкое к повседневной реальности применение технология найдёт в криминалистике. Фотороботы можно будет составлять, основываясь не на свидетельских показаниях (свидетелей преступления может вообще не быть), а на анализе образцов ДНК, оставленных преступниками на телах жертвы или месте ограбления.

Также по теме:
Обнаружены гены, определяющие уникальность каждого лица
Выявлены пять генов, отвечающих за форму лица человека
Обнаружены гены, отвечающие за асимметрию тела
Генетики изучают крупнейшую в мире родословную
Личность людей в толпе будут определять по запаху
В Японии изобрели очки против автоматической идентификации личности