Biologia w sÄ…dzie
Niewątpliwie to biologia jest nauką przyszłości. Wiedza dotycząca struktury i funkcji genomów (szczególnie
genomu człowieka) jest coraz dokładniejsza, a rozwój technik biologii molekularnej i zaawansowanie
technologiczne coraz bardziej imponujące. Pozwala to dziedzinom, które często można uznać za niszowe, posunąć
siÄ™ krok dalej, znajdujÄ…c zastosowanie nie tylko w multidyscyplinarnej biotechnologii czy medycynie. Biologia
zawojowała kryminalistykę i sądownictwo!
Joanna Stojak Najczęściej wykorzystuje się ta nieodwracalnie i nie ma metod,
w tym celu spektrofotometry typu które mogłyby temu zapobiec. Ilość
NanoDrop. Ściśle współpracują one materiału niezbędna do przepro-
nalizy przeprowadzone przez z komputerem, na którego ekra- wadzenia reakcji PCR może być
biologa specjalistę, podsu- nie od razu wyświetlane są wyniki zredukowana nawet do ilości śla-
Amowane opiniÄ… pisemnÄ… lub z pomiaru absorbancji odpowied- dowych (np. 10 µl spermy), a co
ustną, stanowią znaczący dowód nio dla długości fali 260 nm (stęże- ważne  nie musi on być świeży
w procesie sądowym. Obecnie ana- nie DNA w próbce) i 280 nm (stęże- i może pochodzić nawet ze szcząt-
lizy te dotyczą nie tylko podstawo- nie białka w próbce). Ich stosunek ków. Reakcja ta, odzwierciedlając
wych badań materiału genetycz- (A260/A280) określa stopień kon- naturalny proces replikacji DNA,
nego (z tkanek, wydzielin, płynów taminacji białkiem DNA otrzyma- umożliwia w warunkach in vitro
ustrojowych) ujawnionego na miej- nego po izolacji (optymalny wynik szybkie powielanie jego wybranych
scu zdarzenia  biologia może przy- obejmuje wartości poniżej 1,8). odcinków. Czułość metody jest
czynić się także do określenia czasu, Izolacja DNA jest zatem naj- zarówno zaletą, jak i wadą. Z jed-
miejsca, a nawet przyczyny zgonu. bardziej istotnym etapem w całej nej strony umożliwia to amplifi-
Mimo iż oszacowanie tych infor- procedurze  od niego zależy, czy kację niewielkiej ilości materiału,
macji oparte jest na prawdopodo- wyniki technik użytych do bada- z drugiej jednak podczas przygo-
bieństwie, nierzadko to właśnie eks- nia polimorfizmu będą poprawne. towywania reakcji należy wykazać
pertyzy biegłych biologów specjali- Pierwszą techniką zastosowaną się niezwykłą precyzją i czystością,
stów stają się kluczowym dowodem w medycynie sądowej do anali- bo nawet śladowe zanieczyszczenia
w postępowaniu sądowym. zy DNA było badanie polimorfi- będą zaamplifikowane wraz z ana-
zmu długości fragmentów restryk- lizowaną matrycą, co prowadzi do
Genetyka molekularna na służbie cyjnych (ang. restriction fragment uzyskania fałszywych wyników.
Analizę DNA przeprowadza się, length polymorphism, RFLP) z uży- W przypadku, gdy materiał
by porównując materiał dowodo- ciem technik hybrydyzacyjnych. badawczy wykazuje zdegradowa-
wy (znaleziony na miejscu popeł- Umożliwiały one identyfikację okre- ny DNA i DNA jądrowy nie wystę-
nienia przestępstwa) z materiałem ślonych sekwencji kwasów nukle- puje w dostatecznej ilości do prze-
pobranym od osoby zatrzymanej, inowych w badanym materiale prowadzenia analiz mikrosatelitar-
potwierdzić jej winę lub wyklu- genetycznym. W tym celu wykorzy- nych, można wykorzystać zmien-
czyć jako sprawcę. Porównanie to stywano zdolność wyznakowanych ność genomu mitochondrialnego.
obejmuje: określenie rodzaju śladu, izotopowo sond hybrydyzacyjnych, Dzięki specyficznej replikacji mito-
określenie przynależności gatunko- czyli określonych cząsteczek DNA, chondrialny DNA (mtDNA) cechu-
wej, izolację DNA, oznaczenie ilości do wiązania z homologicznymi sek- je się dużą zmiennością, a do tego
DNA i badanie jego polimorfizmu. wencjami obecnymi w badanym jest łatwo dostępny. Jeden włos
Aby przez nieodpowiednie trak- materiale. Obecnie techniki te pra- z pochewkÄ… korzenia zawiera 7 tys.
towanie nie zniszczyć śladu zabez- wie całkowicie zostały zastąpione kopii jądrowego DNA i aż tysiąc
pieczonego na miejscu zdarzenia, przez łańcuchową reakcję polimera- razy więcej (7 mln) kopii mtDNA,
niezbędne jest dokładne ustalenie zy (PCR), której odkrycie otworzyło a z 1 cm trzonu włosa można otrzy-
jego rodzaju i dalszego z nim postę- ogromne możliwości przed hemo- mać wyłącznie mitochondrialny
powania. Ważne jest także spraw- genetyką sądową. DNA (600 tys. kopii).
dzenie jego pochodzenia gatunko- Trwałość DNA jest raczej skąpa Pojedyncze ludzkie mitochon-
wego  musimy być pewni, że nale- i mimo optymistycznych wiadomo- drium zawiera 4 10 kolistych czą-
ży on do człowieka. Dopiero wtedy ści o udanej izolacji DNA z ponad steczek DNA o długości 16569
można przystąpić do izolacji DNA, 2000-letniej mumii wiadomo, że par zasad. Każda z nich koduje 37
po której należy sprawdzić czystość złożony proces rozkładu zachodzą- genów, z których 13 koduje białka,
oraz jakość otrzymanego produktu. cy po śmierci zmienia DNA dena- 22 kodują transferowe RNA (tRNA),
12 Biologia w Szkole | nr 2/2013
co nowego w biologii?
a dwa ostatnie  rybosomalne RNA
Ramka 1. Entomotoksykologia i chromatografia
(rRNA). Białka kodowane przez
Entomotoksykologia umożliwia ocenę zawartości narkotyków lub
mtDNA to część mitochondrial-
innych substancji toksycznych w ciele denata, a tym samym bardzo
nych białek łańcucha oddechowe-
często ustalenie przyczyny oraz czasu zgonu (niektóre używki zmienia-
go, jednak większość białek wcho-
ją szybkość rozwoju larw). Identyfikację substancji przeprowadza się
dzących w jego skład jest kodo-
z wykorzystaniem chromatografii. Każda technika chromatograficzna
wana przez genom jÄ…drowy. Kod
zakłada początkowy rozdział badanej mieszaniny (w tym przypadku
genetyczny mitochondriów różni
rozdrobnionej masy larw), będący wynikiem przepuszczenia go przez
siÄ™ od kodu genetycznego w geno-
fazę rozdzielczą (tzw. złoże) oddziałującą z analizowaną mieszaniną.
mie jÄ…drowym. UGA (jÄ…drowy
Niektóre składniki wiążą się z fazą rozdzielczą na dłużej, inne na krócej,
kodon STOP) w mitochondriach
stąd przemywanie takiego złoża odpowiednim eluentem umożliwia ich
oznacza tryptofan, AUA (izoleucy-
nierównomierne odłączanie i separację. Wyróżnić można kilka technik
na)  metioninÄ™, a AGA i AGG (argi-
chromatograficznych:
nina) sÄ… mitochondrialnymi kodo-
l chromatografia cieczowa, w której eluentem jest ciekły rozpuszczal-
nami STOP. Geny mitochondrialne
nik (lub mieszanina kilku rozpuszczalników);
ludzi nie zawierają intronów.
l chromatografia gazowa, w której eluentem jest gaz (hel, wodór, azot);
Kolista sekwencja mtDNA jest
l chromatografia kolumnowa, w której fazę rozdzielczą umieszczono
mniej podatna na degradację niż
w kolumnie, np. cieczowa chromatografia kolumnowa HPLC (ang.
jądrowy DNA. Co więcej, liczne
high pressure liquid chromatography), w której eluent oddziałuje na zło-
mutacje akumulowane sÄ… w nim
że pod wysokim ciśnieniem, lub chromatografia żelowa GPC (ang.
znacznie częściej. Wynika to praw-
gel permeation chromatography), w której mieszanina rozdzielana jest
dopodobnie z mniejszej wydajno-
na żelu/sitach molekularnych;
ści mitochondrialnego systemu
l chromatografia powinowactwa wykorzystująca zdolność odpowied-
naprawy DNA, a także z częstszej
nio dobranej fazy rozdzielczej do zróżnicowanego stopnia powino-
replikacji zmutowanych czÄ…ste-
wactwa do rozdzielanych substancji;
czek mtDNA (krótsze cząsteczki
l chromatografia jonowymienna wykorzystująca oddziaływania jono-
powstałe w wyniku dużych delecji
we, powstające pomiędzy złożem a substancjami zawartymi w mie-
powielają się szybciej niż cząsteczki
szaninie;
o wielkości prawidłowej). Ponadto
l chromatografia bibułowa, w której fazę rozdzielczą stanowi bibuła
oddziaływanie wolnych rodników
filtracyjna;
powstajÄ…cych w procesie fosforyla-
l chromatografia cienkowarstwowa (ang. thin layer chromatography,
cji oksydacyjnej jest także czynni-
TLC), w której cienka warstwa fazy rozdzielczej zostaje usztywniona
kiem sprzyjajÄ…cym mutacjom.
na płytce, na którą nanoszona jest próbka mieszaniny  przepływ
Wynikiem mutacji jest m.in.
i rozdział są wynikiem oddziaływania sił kapilarnych, pola elektrycz-
wysoka zmienność sekwencji
nego lub grawitacji.
w regionie  kontrolnym (ang.
control region), nazywanym także
 D-loop (ang. displacement loop,
pętla D). Region ten jest położo- doskonale, umożliwiając dokład- między pokoleniami w linii mat-
ny między genami tRNA proliny ne prześledzenie dziedziczenia po czynej. Stwierdzenie identycznej
i tRNA fenyloalaniny oraz zawie- linii matczynej (tym bardziej że heteroplazmii u osobników nie jest
ra m.in. promotory transkrypcji w zakresie struktury mtDNA nie jednoznaczne ze stwierdzeniem
łańcucha ciężkiego H (ang. heavy), zachodzi rekombinacja). Należy ich pokrewieństwa. Heteroplazmia,
bogatego w puryny, i lekkiego L jednak zauważyć, że analiza na która miała być charakterystyczna
(ang. light), bogatego w pirymidy- podstawie sekwencji mtDNA jest tylko dla rodziny Romanowów,
ny. Mimo ważnych funkcji pętla D na ogół analizą typu wykluczenia. została znaleziona także w jednym
wydaje się najszybciej ewoluującą Za jej pomocą można wykluczyć ze szczepów Indian amerykańskich!
częścią mtDNA. czyjąś obecność na miejscu zbrod- Duża zmienność polimorfizmu
Analiza mtDNA okazuje się ni, ale nie można jej potwierdzić. mtDNA między osobnikami nie-
przydatna w badaniu materiałów Badania mtDNA, np. w szcząt- spokrewnionymi daje szansę na
z ekshumacji lub katastrof i chęt- kach pomordowanych członków różnicowanie pochodzenia śladów
nie stosuje się ją w badaniach rodziny cara Rosji i żyjących krew- biologicznych lub ich osobniczą
kryminalno-sądowych. Jedyną nych tego rodu, potwierdziły ich indywidualizację. Jednak ze wzglę-
jego wadą jest sposób dziedzicze- podobieństwo i pochodzenie frag- du na heteroplazmię oraz małą
nia  przekazywany jest wyłącz- mentów kości. Wiadomo jednak, bazę danych populacyjnych anali-
nie od matki, dlatego w ustalaniu że segregacja mitochondriów jest za danych statystycznych okazuje
ojcostwa nie może być pomocny. losowa, a zatem mogą wystąpić się znacznie utrudniona i wnioski
W innych przypadkach spisuje się istotne zmiany w sekwencji mtDNA z badań są często niejednoznaczne.
Biologia w Szkole | nr 2/2013 13
co nowego w biologii?
Co widziała mucha?
Proces rozkładu, który zaczyna
się w chwili śmierci i trwa aż do
całkowitego zeszkieletowania, jest
procesem złożonym i nieodwracal-
nym, przeprowadzanym przez wiele
drobnoustrojów i zwierząt. Zdawać
by się mogło zatem, że każda chwila
niszczy dowody pozostawione na
miejscu zbrodni, uniemożliwiając
rozwiÄ…zanie zagadki.
Nic bardziej błędnego! Po upły-
wie 72 godzin od zgonu, gdy biegły
patomorfolog sądowy może mieć
trudności w oszacowaniu czasu Rys. 1. Cykl rozwojowy muchówek (przeobrażenie zupełne)
zgonu, do głosu dochodzą ento-
molodzy sÄ…dowi.
Entomologia sÄ…dowa jest naukÄ… rzystywanych do tworzenia modeli
wykorzystującą biologię i ekologię prawidłowości sukcesji.
owadów nekrofilnych (bytujących W entomologii sądowej niezwy-
na zwłokach) do uzyskania informa- kle istotne są m.in. sposób ekspozy-
cji o czasie, przyczynie (ramka 1), cji ciała (i tym samym jego dostęp-
a nawet miejscu zgonu. ność dla owadów) oraz jego waga,
Aby oszacować czas, który wilgotność powietrza, fotoperiod
upłynął od momentu śmierci do czy siła wiatru. Istotne są również
momentu ujawnienia zwłok (ang. obrażenia, jakich doznał denat (im
postmortem interval, PMI), entomo- więcej ran, tym więcej możliwości
logia wykorzystuje dwie metody. złożenia jaj przez muchówki), oraz
Analiza prawidłowości rozwo- substancje czynne znajdujące się
ju owadów nekrofilnych (rys. 1) Fot 1. Sarcophaga sp. w jego organizmie (używki takie
umożliwia określenie PMI poprzez jak kokaina mogą przyspieszać roz-
ustalenie wieku najstarszych form wój form preimaginalnych).
rozwojowych ujawnionych na W poczÄ…tkowych stadiach roz-
zwłokach. W tej metodzie istotne kładu zwłoki zasiedlane są głównie
okazują się trzy cechy: stadium roz- przez przedstawicieli muchówek
woju, długość i waga ciała larwy. (Diptera), jednak w póz
niejszych sta-
Najważniejszym czynnikiem diach rozkładu znacznie przeważa-
wpływającym na rozwój larw jest ją chrząszcze (Coleoptera). Niektóre
temperatura, której spadek poni- z nich (Necrodes littoralis) potrafią
żej określonej wartości (u muchó- nawet całkowicie samodzielnie prze-
wek jest to 10°C) może zatrzymać prowadzić rozkÅ‚ad zwÅ‚ok w warun-
rozwój całkowicie, a której wzrost kach niesprzyjających rozwojowi
z kolei przyspiesza cały proces. much (np. zbyt niska temperatura).
Druga metoda opiera siÄ™ na ana- Fot 2. Oiceoptoma thoracicum
lizie prawidłowości sukcesji owa- Biografia wyczytana z kości
dów na zwłokach. Proces sukcesji Jak wspomniano wyżej, proces
przebiega zawsze według podob- rozkładu zwłok dobiega końca
nych wzorców (gatunki mogą poja- wraz z całkowitym zeszkieleto-
wiać się losowo lub następować po waniem. W tym momencie zasto-
sobie regularnie), powtarzajÄ…c siÄ™ sowanie znajduje antropologia
w podobnym tempie. Prowadzone sądowa. Nauka ta pomaga ustalić
liczne doświadczenia mają na celu (zidentyfikować) lub potwierdzić
dokładną analizę powtarzalności (zweryfikować) tożsamość ofiary
kolejności i czasu pojawiania się bądz
podejrzanego. Analiza mate-
oraz długości przebywania okre- riału szkieletowego umożliwia
ślonych gatunków owadów na  przywrócenie zmarłego do życia,
zwłokach w różnych środowiskach ustalając wiek i płeć ofiary czy okre-
i warunkach klimatycznych, wyko- Fot 3. Tanatophilus sinuatus ślając przeżyciową masę i wyso-
14 Biologia w Szkole | nr 2/2013
co nowego w biologii?
kość ciała. Do najbardziej spekta-
kularnych możliwości antropologii Ramka 2. Informacje uzyskiwane z badań biometrycznych
sądowej niewątpliwie można zali-
Cechy behawioralne Cechy fizyczne
czyć rekonstrukcję twarzy.
Analiza zmian powstałych na
Tęczówka oka
Sposób chodzenia
kościach pozwala określić ich
Linie papilarne
Podpis odręczny
przyczynę oraz przybliżony czas
Układ naczyń krwionośnych dłoni
GÅ‚os
powstania (przeżyciowo, pośmiert-
Kształt dłoni, ucha
Fala P300 (reakcja mózgu powstająca
nie), a także jak długo szkielet
w czasie 300 ms od bodz
ca, charakterystyc- Rozkład temperatury twarzy
zalegał w miejscu ujawnienia.
zna dla każdego człowieka)
Kształt i rozmieszczenie zębów
Umożliwia to tym samym oszaco-
Zapach
wanie przyczyny i czasu śmierci.
Metody antropologii fizycznej
umożliwiają również dokonanie przyporządkowanie analizowanej żeń środowiska czy wyjaśnieniu
analiz dotyczących osób żywych cząsteczki do jednej, konkretnej nagłych zgonów, gdy patomorfo-
(tzw. biometria). Wbrew pozorom rośliny. Palinologia sądowa analizuje logia i histopatologia są bezsilne.
człowieka można zidentyfikować niepowtarzalność kształtu, wielkości Ustalaniem z
ródła zakażenia lub
nie tylko na podstawie odcisków czy struktury ściany komórkowej rozprzestrzeniania się groz
nych
placów i karty dentystycznej. ziaren pyłku zebranych z miejsca patogenów, a nawet identyfikacją
Biometria, określając np. charakter zdarzenia, zwłok czy dowodów rze- podejrzanego po specyficznej flo-
pisma, sposób chodu, brzmienie czowych. Umożliwia to powiązanie rze bakteryjnej skóry zajmują się
głosu czy nawet zapach, prezentuje podejrzanego z miejscem zdarzenia mikrobiologia i wirusologia sądowa.
precyzyjny obraz ofiary lub prze- lub zabezpieczonym dowodem rze- Należy podkreślić, że nie wymie-
stępcy, tak niezbędny w krymina- czowym, ustalenie miejsca, w któ- niono tutaj wszystkich wykorzysty-
listyce (por. ramka 2). rym przebywała ofiara przed śmier- wanych w naukach sądowych dzie-
cią, lub określenie charakteru miejsca dzin biologii, określanych razem
Przeminęło z wiatrem? zbrodni, a tym samym oszacowanie mianem biologii kryminalistycz-
Stosunkowo niedawno znala- czasu i miejsca zgonu. Palinologia nej. Kryminalistyka niewÄ…tpliwie
zła w kryminalistyce zastosowanie sądowa potrafi zatem zawęzić grupę potrzebuje coraz to nowych, sku-
aeropalinologia analizująca metody podejrzanych, a także obalić lub tecznych rozwiązań, aby móc pod-
uwalniania, rozprzestrzeniania i dys- potwierdzić alibi podejrzanego. jąć wyzwanie rzucone przez wciąż
pozycji ziaren pyłku oraz zarod- rosnącą przestępczość. Konkurencja
ków roślin, a także ich trwałość Wyścig zbrojeń jest ostra, a uzyskanie odpowiedzi
i zasięg występowania w zależno- Nauki biologiczne nie tylko jak najbardziej prawdopodobnych
ści od budowy i gatunku. Poznanie pomogą w oszacowaniu czasu, miej- oraz wiarygodne odtworzenie sce-
dokładnej, unikatowej dla każde- sca i przyczyny zgonu. Sprawdzają nariusza dokonanej zbrodni stano-
go gatunku budowy ziaren pyłku się również w przypadku ataków wią w każdym śledztwie priorytet.
wymaga niezwykłej cierpliwości terrorystycznych (broń biologicz-
mgr Joanna Stojak
i precyzji, ostatecznie umożliwiając na), zatruć pokarmowych, ska- Instytut Biologii Ssaków PAN w Białowieży
WARUNKI PRENUMERATY  BIOLOGII W SZKOLE NA 2013 ROK
Prenumerata roczna  117 zł, półroczna  58,50 zł
I. PRENUMERATA ZA POÅšREDNICTWEM WYDAWCY
Zamawiając roczną prenumeratę za pośrednictwem Wydawcy, otrzymujecie Państwo rabat w wysokości 5% od ceny czasopisma.
Prenumeratę za pośrednictwem Wydawcy można zamówić:
n przez Internet, zakładka  Prenumerata na stronie www.edupress.pl; n e-mailem: [e-mail];
n telefonicznie, pod numerem (22) 244 84 78; n faksem, z dopiskiem  Prenumerata , fax: [phone];
n listownie, pod adresem: Dr Josef Raabe Spółka Wydawnicza Sp. z o.o. Wola Plaza, ul. Młynarska 8/12, 01-194 Warszawa
II. PRENUMERATA DOSTARCZANA PRZEZ FIRMY KOLPORTERSKIE:
1. RUCH SA  www.prenumerata.ruch.com.pl, tel. [phone] lub (22) 717 59 59, e-mail: [e-mail]
2. GARMOND PRESS  www.garmondpress.pl
3. KOLPORTER S.A.  www.kolporter.com.pl
4. POCZTA POLSKA  www.poczta-polska.pl, tel. [phone] lub w urzędach pocztowych
III. PRENUMERATA ZAMAWIANA PRZEZ INTERNET  www.kiosk24.pl Katalog Edukacja, Oświata.
IV . SPRZEDAŻ NUMERÓW ARCHIWALNYCH z lat 2009 2012 w wersji elektronicznej i egzemplarzy drukowanych z lat 2011 i 2012 (po potwierdzeniu u Wydawcy)
pod adresem  [e-mail]
Zamów prenumeratę przez Internet edupress.pl kiosk24.pl raabe.com.pl
16 Biologia w Szkole | nr 2/2013
co nowego w biologii?
C

N
r
2
M
A
R
Z
E
C
/
K
W
I
E
C
I
E
C

z PrzyrodÄ…
2013
Biologia
3
4
0
(L
X
V
)
in
d
e
k
s
3
5
2
6
5
9
C
E
N
w Szkole
A
1
9
,
5
0
z
Å‚
(w
t
y
m
5
%
V
A
T
)
CZASOPISMO DLA NAUCZYCIELI
S
p
o
s
ó
b
m
ó
w
i
e
n
i
a
i rozumienia
O
d
w
ró
co
n
a
le
k
c
ja
N
E
U
R
O
B
I
82060301303002
O
L
O
G
I
A
Kształt
pam
ięci