人类长指纹到底干嘛用？

科普小知识2022-01-31 20:32:21

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1910年，一个名叫托马斯·詹宁斯的人在杀人后逃离现场，但他在犯罪现场外的栏杆上留下了完整的指纹，最终导致他在1911年被定罪。这是指纹首次被用作刑事调查的证据。

从那以后，指纹被认为是刑事调查中的关键证据。因为每个人的指纹都是独一无二的，指纹无疑是解决犯罪的绝佳工具，就像他们是专门为此目的而创造的一样。但当然不是这样。所以问题出现了:为什么我们要种植指纹？指纹的生物学意义是什么？

手指和摩擦力

事实上，科学家们一直在争论这个问题的答案。根据生物力学研究员、英国赫尔大学生物学客座教授罗兰·恩诺斯的说法，人们对指纹有两种看法:一是指纹有助于增强抓握过程中的摩擦力；其次，它有助于增强触觉。Enos在第一个观点上花费了精力，即指纹可以增强我们的抓地力。长期以来，该理论一直占据主导地位，认为指纹的微小凹槽会在手和物体表面之间产生摩擦。

指纹可能像汽车上的橡胶轮胎一样工作。橡胶天生柔韧，能很好地适应地面。此外，轮胎上密集的沟槽图案增加了轮胎的表面积，从而进一步增强了其摩擦力和抓地力。这可能支持指纹可以增强指尖摩擦的观点。为此，伊诺斯在实验室进行了验证。

“我们想看看指纹是否能像轮胎花纹一样增强指尖和接触面之间的摩擦力。”为了找到这一点，研究人员将一个有机玻璃板放在受试者手的指尖之间，对其施加不同的力，并用印泥判断指尖和玻璃之间的接触面积。

然而，实验的结果是完全出乎意料的:因为指纹的沟壑不能接触到玻璃，指纹减少了指尖和玻璃之间的接触面积。换句话说，与身体其他部位光滑的皮肤相比，指纹似乎减少了摩擦，至少在光滑的表面上是如此。

但是伊诺斯指出，这并没有完全推翻指纹可以增强握力的理论。在潮湿的条件下，指纹可能会增强指尖和物体表面之间的摩擦力，就像轮胎的花纹会通过毛细作用排水一样。然而，这种观点更难验证，因为在这种情况下很难准确模拟人类指纹的性能。但别忘了，还有另一种观点。

微妙的接触

几年前，一个叫乔治·德布尔的人。当人类突然对触觉的作用感兴趣时，生物学家正在努力思考为什么人类会有指纹。我们的指尖分布着四种类型的机械感受器，即能够对机械刺激如触摸作出反应的细胞。德布雷·吉斯对一种叫做“帕西安小体”的受体特别感兴趣。受体位于指尖皮肤下约2毫米处。“我对它感兴趣的原因是，我们从以前的实验中了解到，这些受体可以调节对精细纹理的感知。”

这些机械感受器对频率为200赫兹的微弱振动特别敏感，从而使指尖具有极高的灵敏度。德布雷·吉斯想知道指纹是否增强了这种敏感性。

为了找到这一点，他和他的同事设计了一种仿生触觉传感器，这种传感器巧妙地模仿了人类手指的结构，并配备了类似帕西尼小体的传感器，可以检测微弱的振动。他们制作了两个版本，一个表面光滑，另一个有类似人类指纹的峡谷状结构。当两个装置在同一个表面上交叉时，研究人员惊讶地发现，第二个装置上的沟壑结构可以放大特定频率的振动，而帕西尼小体对该频率的振动最为敏感。

这表明，人类的指纹也可以筛选特定频率的振动，并将筛选出的振动传递给皮肤下的机械感受器。理论是，通过放大这种精细的感官信息，指纹可以增强我们的触觉灵敏度。正如德布雷·吉斯所说，“皮肤上的指纹完全改变了这些触觉信号的性质。”

但是这个超级敏感的指尖有什么用呢？

几千年来，我们的手一直是帮助我们喂养、进食和探索世界的关键工具，这些任务需要通过触摸来完成。从进化的角度来看，对质地的敏感性特别重要，因为它可以帮助我们找到合适的食物，区分进口的食物和有问题的食物，并防止我们吃变质的食物。

Debray Ghias还注意到，与pasini型小体“配对”的指纹也存在于需要敏感触觉来获取食物的动物中，如黑猩猩和考拉。然而，他也强调，这些实验不能证明指纹是为上述目的而进化的。但是这个理论真的很有说服力，就像“一切都是对的”。

尚未得出结论。

事实上，德布雷·吉斯认为人类可能已经进化出了两种用途的指纹。“我们之所以如此擅长操纵和抓持物体，是因为我们有极好的触觉，这种触觉在我们触摸的物体和我们自己的感觉之间形成一个连续的反馈回路，帮助我们实时调整手指施加在物体上的力。”

例如，如果你手里拿着的东西将要滑落，你需要用你敏感的指尖感受物体表面的变化，然后才能牢牢地握住它。因此，德布雷·吉斯认为，我们的精细触觉和精确抓握能力实际上是互补和共同进化的。

Enos还提出了另一种可能的解释:指纹可以防止指尖起泡。指纹的沟壑结构可以在某些方向上起到强化皮肤和抑制水泡产生的作用，同时还可以使皮肤以一定的角度伸展并保持与物体表面的接触，有点类似于用于加强轮胎的钢绳。