На кончиках пальцев хранятся самые важные биометрические данные человека, с помощью которых полиция с середины XIX века ищет и находит преступников. Рассказываем, откуда берутся эти рисунки и что делает их такими уникальными.

Долгое время ученые пытались выяснить взаимосвязь отклонений в развитии человека и его отпечатков пальцев. Так выяснилось, что конкретные узоры встречаются чаще при определенных заболеваниях. К примеру, на пальцах людей с синдромом Дауна — обычно узоры в виде петель, а у тех, кто перенес краснуху в утробе матери, — завитки.

Изучение дактилоскопии на этом могло бы завершиться, ведь мало кому в XXI веке придет в голову диагностировать патологии через отпечатки пальцев. Но эмбриологи решили копнуть глубже, чтобы понять, почему на кончиках наших пальцев возникают рисунки.

Как с этим связан математик Алан Тьюринг

Для начала немного истории. Британский математик Алан Тьюринг когда-то описал множество однотипных процессов, которые происходят внутри зародыша птенца: как формируются пятна, перья, крылья. Паттерны обнаружились и на коже тигров, и в глазах насекомых, и даже в неживой природе, например в песчаных дюнах.

Согласно его теории, точно так же формируются отпечатки на пальцах рук. При их возникновении задействованы особые белки, которые передают сигналы между клетками разных тканей организма. Так, белки каскада Wnt тормозят белок Sox9, и если бы не это, нам бы пришлось держать вилку сращенной лапой.

А откуда берутся складки?

Кстати, правильно не складки на кончиках пальцев, а эпидермальные гребни. Британские ученые долгое время считали, что пальцы подвергаются большому давлению, по этой причине происходит деформация и получаются морщинки. Однако подтверждений этому так и не нашлось.

Со временем обнаружилось, что эпидермальные клетки на пальцах просто делятся больше остальных. Самые резвые попадают внутрь кожи, образуя углубления, а слабых, как это всегда бывает, выталкивают наружу. Всем этим руководит ген EDAR. Если заморочиться и покрасить клетки, где он обитает, будут видны разметки будущих складок.

Далее включается белок Wnt и ингибитор — сигнальный путь BMP, о котором писал еще Тьюринг. По сути, они проектируют наши пальцы. В ходе эксперимента ученые выяснили, что они и ответственны за морщинки на подушечках наших пальцев.

Ученые попробовали заблокировать работу этих генов и белков. Вначале отключили Wnt, и у подопытных мышей получились идеально ровные пальчики на лапках. Когда выключили ген EDAR, вместо линий образовались точки. Когда его, наоборот, усилили, линии стали толще.

Замысловатые отпечатки людей

В отличие от мышей, у нас есть три главных типа узоров на пальцах: дуга, петля и завиток. У каждого типа бывают вариации. Есть люди, у которых наблюдаются все три вида узоров, но это не мешает рисункам быть разными на пальцах одной и той же руки или ноги.

Ученые также выяснили, что на наших пальцах есть зоны, где раньше всего появляются зародыши папиллярных линий. Конечно, провести эксперимент на эмбрионах человека они не могли по этическим соображениям, поэтому в ход пошла компьютерная симуляция. Ученые запустили все три начальные точки и выяснили, что в зависимости от параметров (времени распространения и угла) могут получиться все три вида узора.

Так что рецепт неповторимых рисунков на пальцах прост: пара случайных колебаний сигнальных белков и шутка природы. Казалось бы, схема одна, а результат всегда разный. Чем не искусство?

источник