В 1877 году англичанин Уильям Гершель, служивший полицейским чиновником в Индии, выдвинул гипотезу о том, что папиллярный рисунок кожи – в том числе и узоры на подушечках пальцев – не меняется на протяжении всей жизни человека. Через 25 лет результаты его исследований в области дактилоскопии позволили кардинально сменить вектор развития криминалистики, когда детективы впервые сумели по отпечаткам пальцев опознать преступника – 41-летнего Гарри Джексона, укравшего бильярдные шары из одного из домов района Денмарк-хилл в Лондоне. С начала XX века уникальные узоры на руках людей настолько успешно помогали раскрывать преступления, что кажется, будто они существуют исключительно для удобства криминалистов. Однако это вовсе не так: в нашей статье мы рассмотрим наиболее вероятные биологические функции узоров на подушечках наших пальцев.
Исторически учёные придерживались двух основных версий, согласно которым папиллярные рисунки на коже ладоней и пальцев либо укрепляют захват, либо усиливают тактильное восприятие различных поверхностей. Профессор биомеханики и биологии из университета Халла Роланд Эннос признался, что и по сей день эксперты не пришли к единому мнению.
Пальцы и трение
Эннос посвятил львиную долю своей карьеры исследованию первой версии. На протяжении многих лет эту теорию поддерживали большинство учёных из-за кажущейся очевидности и простоты предположения: мельчайшие впадины и пики на поверхности пальцев усиливают трение между кожей и осязаемой поверхностью. В качестве наиболее яркого аргумента специалисты приводили схожесть папиллярных рисунков с рисунком на протекторе автомобильной шины. Ассиметричный рельеф протектора улучшает сцепление с дорогой и способствует хорошей управляемости и устойчивости автомобиля на любых скоростях.
В 2009 году Роланд Эннос и Питер Варман решили провести эксперимент, чтобы удостовериться в аналогичности свойств узоров на поверхности пальцев и шин. В ходе эксперимента они проводили пальцами по плиткам из органического стекла и акрила, с каждым разом изменяя силу и угол давления. Кроме того, они использовали чернила, чтобы определить область давления в зависимости от прилагаемых усилий. К их удивлению, папиллярные узоры на подушечках пальцев совершенно не увеличивали площадь пятна контакта кожи со стеклом, но наоборот уменьшали, так как углубления в рельефе кожи не контактируют с поверхностью.
Несмотря на неожиданный поворот в течении эксперимента, его результаты вовсе не опровергают теорию в целом. Эннос считает, что, как и рисунок протектора шины, папиллярные узоры на подушечках пальцев наиболее эффективны во влажных условиях. Тонкие канавки отводят воду, усиливая сцепление кожи с мокрой поверхностью. Для оценки нового направления развития идеи, впервые озвученной в первой половине XX века, необходимо проведение дополнительных исследований. К сожалению, пока что довольно трудно в идеале сымитировать и отследить поведение человеческих пальцев и их уникального рельефа в контакте с влажной поверхностью. Однако профессор Эннос не покидает надежды продолжить исследования в этом направлении.
Мастерское прикосновение
Несколько лет назад физик-биолог из парижской Сорбонны Жорж Дебреже также задумался о биологической функции уникальных узоров на подушечках наших пальцев. Ввиду отсутствия железных обоснований теории о трении Деберже заинтересовался второй теорией, которая предполагала некую роль рельефных рисунков в процессе осязания. В коже пальцев содержатся четыре типа механорецепторов – окончаний чувствительных нервных волокон, которые реагируют на разного рода механические воздействия. Больше всего Дебреже интересовали тельца Пачини, которые лежат на глубине до двух миллиметров под поверхностью кожи пальцев. В ходе ранних исследований учёные определили, что эти сложные нервные рецепторы отвечают за восприятие наиболее тонких текстур.
Тельца Пачини особо восприимчивы к механическим колебаниям высокой частоты около 200 Гц, однако они обладают самым широким частотным диапазоном виброчувствительности – от 40 до 250 Гц. Именно их работа обуславливает высокую чувствительность подушечек пальцев. В ходе собственного эксперимента Дебреже решил узнать, способствуют ли рельефные узоры усилению восприимчивости телец Пачини. Для этого Жорж и его коллеги построили два биомиметических тактильных сенсора. Одна версия аппарата обладала идеально гладкой поверхностью, а на второй учёные сымитировали рельеф человеческих пальцев. Эксперимент оправдал ожидания Дебреже – бороздки и возвышения на поверхности второго сенсора действительно помогали точнее улавливать те частоты колебаний, к которым восприимчивы тельца Пачини. Они служили своего рода каналами для проведения вибраций к механорецепторам. Исходя из результатов исследования французских учёных, папиллярные рисунки на подушечках пальцев в несколько раз усиливают их чувствительность.
Дебреже считает, что гиперчувствительность кончиков наших пальцев обусловлена эволюцией. На протяжении тысяч лет руки являются одним из ключевых инструментов человечества для взаимодействия с окружающим миром. Способность с высокой точностью различать текстуры на ощупь помогала нашим предкам искать пищу и отличать съедобные продукты от опасных или испорченных. Доказательством тому являются живые примеры наших меньших братьев. Некоторые животные, например, шимпанзе или коалы, также обладают рецепторами Пачини и рельефными рисунками на коже пальцев: при поиске пищи они во многом полагаются на свои тактильные ощущения.
Несмотря на удачный ход эксперимента, Дебреже не исключает, что потребность в чувствительных пальцах – далеко не единственное эволюционное обоснование появлению папиллярных узоров. Вполне вероятно, что в данном случае обе теории имеют право на существование. Скорее всего, гиперчувствительность и уверенный захват развивались параллельно. Эннос и вовсе считает, что двух существующих теорий недостаточно для полноценного объяснения развития рисунков на подушечках пальцев и ладонях. В качестве дополнительной версии он предположил, что рельеф кожи может выполнять и защитную функцию. Борозды и складки усиливают кожу, не позволяя ей излишне растягиваться и повреждаться.
