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我们为什么要长指纹?

2019/12/26 15:36:57
来源:新浪科技 新闻记者:叶子



据国外媒体报道,1910年,一位名叫托马斯·詹宁斯(ThomasJennings)的男子在杀人后匆匆逃离了现场,但他在罪案现场外的栏杆上留下了一枚完整的指纹,最终导致他在1911年被定罪。这是指纹首次作为证据、被运用在犯罪调查之中。

  自此之后,指纹便一直被视为犯罪调查中的一项关键证据。由于每个人的指纹都独一无二,指纹无疑是个绝佳的破案工具,简直像是专门为此而生的一样。

  但事实当然不是这样。所以问题来了:我们为何会长指纹?指纹究竟有什么生物学意义?

  手指与摩擦力

  事实上,科学家们对该问题的答案一直争论不休。

  据英国赫尔大学生物力学研究员及生物学客座教授罗兰·恩诺斯(RolandEnnos)介绍,人们对指纹持两种观点:一是认为它有助于增强抓握时的摩擦力;二是它有助于增强触觉。

  恩诺斯曾花精力研究过第一种观点,即指纹可以增强我们的抓握能力。很长时间以来,该理论一直占主导地位,认为指纹的细微沟槽能够在手和物体表面之间产生摩擦力。

  指纹的作用原理可能类似汽车的橡胶轮胎。橡胶天生柔韧,可以很好地贴合地面。此外,轮胎上沟槽密布的花纹增加了轮胎的表面积,从而进一步增强其摩擦力和抓地力。这或许能佐证“指纹可以增强指尖摩擦力”的观点。为此,恩诺斯在实验室中展开了验证。

  “我们想看看指纹是否能像轮胎花纹一样、增强指尖与被接触表面之间的摩擦力。”为弄清这一点,研究人员在受试者两手的指尖之间放置了一块有机玻璃板,向其施加大小不同的力,并借由印泥判断指尖与玻璃的接触面积。

  而实验结果令人颇为意外:由于指纹的沟壑触碰不到玻璃,指纹反而减少了指尖与玻璃的接触面积。换句话说,与身体其余部位的光滑皮肤相比,指纹似乎反而会减少摩擦力,至少对光滑表面会表现出这种效果。

  但恩诺斯指出,这并不能彻底推翻“指纹可增强抓握力”的理论。也许指纹在潮湿条件下可以增强指尖与物体表面之间的摩擦力,就像轮胎的花纹可通过毛细作用排水一样。不过这种观点更难验证,因为很难精确模拟人类指纹在这类条件下的表现。

  不过别忘了,还有另一种观点呢。

  精妙的触觉

  几年前,巴黎大学一位名叫乔治·德布雷吉亚斯(GeorgesDebrégeas)的生物学家在苦苦思索人类拥有指纹的原因时,忽然对触觉的作用产生了兴趣。我们的指尖分布着四种力学感受器,即能够对触摸等机械刺激产生反应的细胞。德布雷吉亚斯对其中一种名叫“帕西尼式小体”(Paciniancorpuscles)的感受器尤其感兴趣。该感受器约位于指尖皮肤下方2毫米处。“我对它感兴趣的原因是,我们从之前的实验中了解到,这些感受器能够对精细纹理的感知起到调节作用。”

  这些力学感受器对频率为200赫兹的微弱振动尤其敏感,也因此赋予了指尖极高的敏感度。而德布雷吉亚斯想知道,指纹是否对这种敏感度起到了强化作用。

  为弄清这一点,他和同事们设计了一款仿生触觉传感器,精妙地模仿了人类手指的结构,还装有类似帕西尼式小体、能够检测出微弱振动的传感器。他们制作了两个版本,一个版本表面光滑,另一个的表面则具有类似人类指纹的沟壑状结构。将这两台设备从同一表面划过时,研究人员惊讶地发现,第二台设备上的沟壑结构竟能放大某一特定频率的振动,而帕西尼式小体恰恰对该频率的振动最为敏感。

  这说明人类的指纹或许也能对特定频率的振动进行筛选、并将筛选出的振动传递给皮肤下方的力学感受器。理论认为,通过放大这种精细的感觉信息,指纹可以增强我们的触觉敏感度。正如德布雷吉亚斯所说:“皮肤上的指纹彻底改变了这些触觉信号的本质。”

  但这种超级敏感的指尖又有什么好处呢?

  数千年来,我们的双手一直是帮助我们觅食、进食、以及探索世界的关键工具,而这些任务需要借助触觉来完成。从进化的角度来看,对纹理的敏感度尤其重要,因为这可以帮助我们寻找合适的食物,将可以入口的食物与有问题的食物区分开来,防止我们吃到腐败变质的东西。

  德布雷吉亚斯还注意到,黑猩猩和考拉等需借助敏感触觉觅食的动物体内也存在这种指纹与帕西尼式小体“配对”的现象。

  但他也强调,这些实验并不能证明指纹是出于上述目的进化出来的。但这种理论的确很有说服力,就好像“一切都对得上号”一样。

  未有定论

  事实上,德布雷吉亚斯认为,人类进化出指纹的目的可能两者皆有。“我们之所以如此擅长操作和抓握物体,正是因为我们有着绝佳的触觉,在我们触碰的物体与自身感觉之间构成了一个持续不断的反馈回路,帮助我们实时调整手指施加在物体上的力度。”

  例如,假如你拿在手里的东西即将滑落,你就需要用敏感的指尖感受到物体表面的变化,才能将它抓牢。因此德布雷吉亚斯认为,我们的精细触觉和精准抓握的能力其实是相辅相成、共同进化出来的。

  恩诺斯还提出了另一个可能的解释:指纹也许可以阻止指尖长水泡。指纹的沟壑状结构在某些方向上也许能起到强化皮肤、抑制水泡生成的作用,同时还能让皮肤在特定角度上有所伸展、与物体表面保持接触,有点类似于加固轮胎使用的钢帘线。

  所以最终的结论是什么呢?就目前来说,除了为警察提供板上钉钉的犯罪证据之外,指纹存在的目的对我们而言仍是个未解之谜。



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