О том, что отпечатки пальцев у каждого человека уникальны, знают все. Эта особенность папиллярных линий широко используется детективами еще с начала XX века. Уникальность узоров на наших пальцах служит важнейшим доказательством при расследовании преступлений, так как полное их совпадение может произойти не чаще, чем один раз на 64 миллиарда отпечатков.
Сегодня неповторимость рисунка на пальцах человека используется не только в уголовном расследовании, но также для идентификации личности при проведении в банках финансовых операций, разблокировки компьютеров, смартфонов и т. д. Создается впечатление, что природа наградила человека папиллярными линиями только для того, чтобы облегчить опознание его личности, однако это далеко не так. В этой статье мы предлагаем вам ознакомиться с тем, какой биологической цели служат уникальные узоры на наших пальцах.
Роль папиллярных линий в нашей жизни
Исследователи обнаружили, что, регулируя уровень влажности, наши отпечатки пальцев играют ключевую роль в способности захватывать предметы.
Отпечатки пальцев уникальны не только для приматов, к которым, как известно, относится и Homo sapiens (человек разумный), но и для коал. Ученые давно задаются вопросами, почему в процессе эволюции папиллярные линии появились только на пальцах тех животных, чьи конечности обладают хватательной способностью, и полностью отсутствуют, например, у кошек и медведей.
Области на кончиках наших пальцев рук и ног состоят из крошечных волн кожи, которые называют эпидермальными гребнями. По сравнению с гладкой кожей остальных частей тела у них гораздо большая плотность потовых желез, которые, как ни странно, имеют тенденцию реагировать на эмоциональное состояние и тревогу, а не на изменение температуры.
Что обнаружили исследования в Сеульском университете
Новое исследование, проведенное Сеульским национальным университетом (SNU) в Южной Корее, показало, что эпидермальные гребни взаимодействуют с нашими потовыми железами, регулируя трение между нашей кожей и объектом, давая нам возможность захватывать различные поверхности.
Во время контакта с твердыми предметами эти гребни важны для захвата и плотного их удержания за счет регулирования уровня влаги, которая поступает из внешних источников или из пор кожи, так, чтобы возникло максимальное трение и предотвращалось всякое скольжение.
Как ведет себя влага на кончике пальцев
Команда, возглавляемая Сеунг-Мок Юмом из SNU, использовала методы спектроскопии и томографии для изучения того, как влага ведет себя на кончике пальца при контакте со стеклянной поверхностью.
Когда кончик пальца изначально был сухим, он выделял пот и таким образом увеличивал трение, пока плотный контакт между эпидермальными гребнями и стеклом не блокировал потовые железы. Когда кончик пальца был изначально влажным, впадины между выступами действовали как каналы для отвода жидкости, помогая испарять лишнюю влагу.
В ходе серии экспериментов команда показала, что кончик пальца регулирует уровень влажности в большую или меньшую сторону, чтобы максимизировать трение между пальцем и поверхностью.
В ходе исследований ученые пришли к выводу, что потовые железы и эпидермальные борозды предоставили приматам, проживающим как в сухих, так и влажных условиях, эволюционные преимущества в виде таких двигательных способностей, как хватание предметов, которые были недоступны другим животным.
Исследователи говорят, что понимание механизмов, лежащих в основе наших способностей хватать предметы и удерживать их, - это не просто интересный эволюционный случай. В более широком контексте авторы отмечают, что это исследование внесет вклад в разработку более реалистичных тактильных датчиков, например в робототехнике и протезировании, а также систем тактильной обратной связи, например для сенсорных экранов и сред виртуальной реальности.
Эксперимент профессора Энноса
По поводу отпечатков пальцев у ученых появилось несколько версий, из которых две вызывают наибольший интерес. Первая идея относится к тому, что папиллярные линии помогают улучшить сцепление, а вторая гласит, что они способствуют лучшему тактильному восприятию окружающего мира.
Роланд Эннос, профессор биологии в Университете Халла (Великобритания), занимающийся исследованием биомеханики, потратил не один год, занимаясь изучением первой идеи о влиянии отпечатков пальцев на плотность захвата предмета. В течение длительного времени эта теория была ведущей. Согласно ей крохотные неровности на коже наших пальцев способствовали увеличению трения между ними и поверхностями, с которыми они соприкасались.
Подобное явление наблюдается в работе автомобильных шин при контакте с поверхностью дороги, по которой они двигаются. Протекторы на шинах увеличивают площадь соприкосновения с покрытием шоссе, улучшая тем самым сцепление с ним.
Чтобы убедиться в правдивости этой теории, Эннос провел в лабораторных условиях эксперимент. Для этого он решил протянуть полоску из органического стекла по подушечкам пальцев участника эксперимента. При этом сила давления на папиллярные линии каждый раз была разной. Во время протягивания полоски плексигласа использовались чернила, которые помогали снять отпечатки и показать, какая часть поверхности пальцев ее касалась. Исследователи выяснили, что по крайней мере на гладкой поверхности папиллярные линии способствуют уменьшению трения.
