Почему у нас есть отпечатки пальцев?

Почему у нас есть отпечатки пальцев?

В 1910 году Томас Дженнингс скрылся с места убийства, но оставил зацепку, которая решила его судьбу: идеальные отпечатки пальцев возле дома, где он совершил преступление. Отпечатки пальцев Дженнингса были первыми, которые использовали в качестве доказательства в уголовном расследовании, и они привели к его осуждению за убийство в 1911 году.
С тех пор отпечатки пальцев продолжают фигурировать в качестве важнейших доказательств в судебных расследованиях. Эти уникальные маркеры идентичности настолько идеально подходят для раскрытия преступления, что кажется, будто именно поэтому они и существуют.
Но, конечно, это не так. И это приводит нас к вопросу: почему у нас есть отпечатки пальцев, и какой биологической цели они служат?

Пальцы и трение

Оказывается, учёные так и не могут прийти к общему мнению.


"У людей есть две идеи относительно отпечатков пальцев: что они помогают улучшить сцепление и что они помогают улучшить сенсорное восприятие", – говорит Роланд Эннос, исследователь биомеханики и приглашённый профессор биологии из Университета Халла в Соединённом Королевстве.

Эннос потратил часть своей карьеры на исследование первой идеи – что отпечатки пальцев дают нам сцепление. Долгое время это была главная теория, согласно которой крошечные впадины и пики отпечатков пальцев создают трение между нашими руками и поверхностями, к которым мы прикасаемся.

Одним из доказательств в поддержку этой теории является то, что кончики пальцев могут работать как резиновые шины на автомобилях, гибкое строение которых позволяет им соответствовать поверхности, по которой они движутся. В шинах эта податливость сочетается с желобоподобными протекторами, находящимися на их поверхности – и это увеличивает площадь поверхности шины, что, в свою очередь, усиливает трение и сцепление. Эннос хотел выяснить, насколько хорошо эта идея будет поддерживаться лабораторным экспериментом.

 

"Мы хотели посмотреть, увеличивается ли трение пальцев в области контакта, как в шинах", – рассказал Эннос в интервью Live Science.

Чтобы выяснить это, исследователи протаскивали пластину из плексигласа по подушечкам пальцев человека, изменяя силу и используя чернила для отпечатков пальцев, чтобы определить, какая часть плоти касалась стекла.

Удивительно, но эти эксперименты показали, что "фактическая площадь контакта была уменьшена благодаря отпечаткам пальцев, потому что впадины не соприкасались с поверхностью", как рассказал Эннос Live Science. Другими словами, по сравнению с гладкой кожей, которая покрывает остальную часть тела, "отпечатки пальцев должны уменьшать трение, по крайней мере, на гладких поверхностях".

Это не полностью опровергает идею, что отпечатки пальцев увеличивают сцепление, говорит Эннос. Считается, что отпечатки пальцев могут помочь нам хвататься за поверхность, например, в условиях влажности – каналы, отводящие воду, как это делают протекторы автомобильных шин – чтобы наши руки не скользили по поверхности. Тем не менее, эту идею труднее проверить, потому что в таких условиях трудно идеально имитировать поведение человеческих отпечатков пальцев, как считает Эннос.

Но существует и другая теория: роль отпечатков пальцев в тактильных ощущениях.

Мастерское прикосновение

 

Несколько лет назад Жорж Дебреже, физик, ставший биологом в Сорбоннском университете в Париже, размышлял об отсутствии убедительной теории о том, почему у нас есть отпечатки пальцев, когда задумался о потенциальной роли осязания. Наши пальцы содержат четыре типа механорецепторов, или клеток, которые реагируют на механическую стимуляцию, такую как прикосновение. Дебреже было особенно любопытно узнать об одном конкретном типе механорецепторов – тельцах Пачини – которые встречаются на расстоянии около 2 мм ниже поверхности кожи кончиков пальцев. "

 

Я был заинтересован в тельцах Пачини, потому что мы знали из предыдущих экспериментов, что эти специфические рецепторы опосредуют восприятие тонкой текстуры", – рассказал Дебреже в интервью Live Science.


Эти механорецепторы особенно чувствительны к крошечным вибрациям точной частоты – 200 герц – и, таким образом, придают нашим пальцам чрезвычайную чувствительность. Дебреже стало интересно, повышают ли отпечатки пальцев эту чувствительность.

Чтобы выяснить это, он и его коллеги сконструировали биомиметический тактильный датчик, устройство, которое напоминает структуру человеческого пальца, с датчиками, которые обнаруживают вибрации аналогично тому, как это делают тельца Пачини. Одна версия этого устройства была гладкой, а другая имела рельефный рисунок на поверхности, имитирующий отпечаток человеческого пальца. Во время перемещений по поверхности ребристый вариант привёл к удивительному открытию: пики на датчике усиливали точную частоту колебаний, к которым так чувствительны тельца Пачини.


Так как датчик выступал в роли аналога человеческих кончиков пальцев, разработчики предположили, что наши отпечатки пальцев будут аналогичным образом направлять эти точные вибрации на сенсоры под кожей. Теория гласит, что усиливая эту тонкую и детальную сенсорную информацию, отпечатки пальцев увеличивают нашу тактильную чувствительность в несколько раз. "Тот факт, что на коже присутствуют отпечатки, полностью меняет природу сигналов", – говорит Дебреже.

 


Но какая польза от таких гиперчувствительных пальцев?


На протяжении тысячелетий наши руки были важнейшими инструментами поиска и употребления пищи и помогали нам ориентироваться в мире. Эти задачи решались на ощупь. Чувствительность к текстурам, в частности, может быть эволюционно полезной, поскольку она помогала нам определять правильный тип пищи:

"Причина, по которой нам нужно обнаруживать и отделять текстуры, заключается в том, что мы хотим отделять хорошую еду от плохой", – объяснил Дебреже.

Хорошее чувство осязания может помочь нам избежать гнилой или заражённой пищи.

Вдобавок к этой идее, Дебреже отметил, что у других животных, таких как шимпанзе и коала, которые частично полагаются на тактильную чувствительность, тоже есть отпечатки пальцев и тельца Пачини, чтобы помочь им найти пищу.

 

Дебреже подчеркнул, однако, что его эксперимент не является доказательством того, что отпечатки пальцев эволюционировали для этой цели. Но, тем не менее, это убедительный и элегантный тезис. "Кажется, всё совпадает", – сказал он.


Незаконченные дела и новые вопросы

Несмотря на это, Дебреже на самом деле считает, что отпечатки пальцев могут служить как целям прикосновения, так и целям захвата. "Причина, по которой мы так хорошо умеем манипулировать и обрабатывать вещи, заключается в том, что у нас есть это изысканное чувство осязания – постоянная петля обратной связи между тем, чего мы касаемся, и тем, что мы чувствуем", – пояснил он. Это "позволяет нам в реальном времени корректировать силу, с которой мы собираемся захватить объект".

Например, если что-то соскальзывает, пока вы держите это, вы должны быть в состоянии обнаружить изменение на поверхности с помощью чувствительных кончиков пальцев, чтобы сохранить контроль. Таким образом, Дебреже считает, что возможно, наше тонкое чувство осязания и точная хватка развивались одновременно.

 

Эннос обдумывает ещё одно возможное объяснение: отпечатки пальцев могут предотвратить появление волдырей, как считает он. "Последняя идея, которую я поддерживаю, заключается в том, что гребни укрепляют кожу в некоторых направлениях и помогают ей противостоять образованию пузырей, в то же время, позволяя растягиваться под прямым углом, поэтому кожа сохраняет контакт, – сказал он. – Это немного похоже на усиление в шинах".

Итак, что мы имеем в итоге? Похоже, что, несмотря на предоставление нашим детективам и полиции неопровержимых улик, наши отпечатки пальцев остаются загадкой.