Картинки по запросу отпечатки пальцев

В 1910 году Томас Дженнингс скрылся с места убийства, но он оставил зацепку, которая решила его судьбу: идеальные отпечатки пальцев на высыхающей ограде возле дома, где он совершил преступление. Отпечатки пальцев Дженнингса стали первыми в истории, которые были использованы в качестве доказательств в уголовном расследовании, и они привели к его осуждению за убийство в 1911 году.

С тех пор отпечатки пальцев продолжают фигурировать в качестве важнейших доказательств в судебных расследованиях. А в последнее время папиллярные линии стали использоваться и для идентификации: каждый день многие миллионы человек используют пальцы, чтобы разблокировать свои смартфоны или ноутбуки. И это достаточно безопасно, ведь полное совпадение узоров на наших пальцах случается не чаще чем в одном случае на 64 миллиарда.

Поэтому складывается впечатление, что узоры на наших пальцах были созданы для нашей идентификации. Но, конечно, это не так. Это приводит нас к вопросу: почему у нас есть папиллярные линии, и какой биологической цели они служат?

Пальцы и трение

У ученых есть несколько предположений по этому поводу.

«Есть две идеи относительно отпечатков пальцев: что они помогают улучшить сцепление и что они помогают улучшить сенсорное восприятие», — сказал Роланд Эннос, исследователь биомеханики и профессор биологии в Университете Халла в Соединенном Королевстве. 

Эннос потратил несколько лет, исследуя первую идею — что отпечатки пальцев дают нам лучший захват. Долгое время это была руководящая теория, согласно которой крохотные впадины и борозды на наших пальцах создают трение между ними и поверхностями, к которым мы прикасаемся. 

Одним из доказательств в поддержку этой теории является то, что кончики наших пальцев могут работать как шины на автомобилях, чья податливая природа позволяет им соответствовать поверхности, по которой они движутся. В шинах эта податливость сочетается с желобоподобными протекторами, которые украшают их поверхность — это увеличивает площадь контакта шины с дорогой, увеличивая тем самым трение и сцепление. Эннос хотел выяснить, насколько хорошо эта идея выдержит лабораторный эксперимент с пальцами. 


Нет, слева не средневековая машина для пыток, а всего лишь устройство, собранное для тестов. Справа — графики зависимости между силами трения и давления на палец, а также площадью поверхности. 

«Мы хотели увидеть, увеличивается ли трение пальцев в области контакта, как в шинах», — сказал Эннос. Чтобы выяснить это, исследователи протаскивали пластину из плексигласа по подушечкам пальцев человека, изменяя силу давления при разных попытках и используя специальные чернила для снятия отпечатков пальцев, чтобы определить, какая часть площади поверхности пальца касалась пластины. 

Удивительно, но этот эксперимент показал, что «фактическая площадь контакта была уменьшена папиллярными узорами, потому что ложбинки не вступали в контакт», сказал Эннос. Другими словами, по сравнению с гладкой кожей, которая покрывает остальную часть тела, «отпечатки пальцев должны уменьшать трение, по крайней мере, на гладких поверхностях».

Однако это не полностью опровергает идею о том, что папиллярные линии помогают сцеплению, сказал Эннос. Считается, что эти узоры могут помочь нам брать предметы, например, во влажных условиях: ложбинки эффективно отводят воду, как это делают протекторы автомобильных шин, не позволяя нашим рукам скользить по поверхности. Тем не менее, эту идею труднее проверить, поскольку в таких условиях трудно идеально сымитировать поведение кожи на пальцах, сказал Эннос. 

Но есть и другая теория — папиллярные линии помогают нам тактильно познавать окружающий мир.

Мастера прикосновений

Несколько лет назад Жорж Дебреже, бизофизик в Сорбонском университете в Париже, размышлял об отсутствии убедительной теории о том, почему наши пальцы оставляют индивидуальные отпечатки, и решил «копать» в сторону тактильного восприятия. Наши пальцы содержат четыре типа механорецепторов, или клеток, которые реагируют на механические стимуляция, такие как прикосновение. 

Дебреже было особенно любопытно узнать об одном конкретном типе механорецепторов — тельцах Пачини, которые встречаются на глубине 2 мм в коже кончиков пальцев. «Я был заинтересован в тельцах Пачини, потому что мы знали из предыдущих экспериментов, что эти специфические рецепторы отвечают за восприятие тонкой текстуры», — сказал Дебреже.


Структура нашей кожи с выделенными тельцами Пачини.

Эти механорецепторы особенно чувствительны к крошечным вибрациям с точной частотой в 200 герц — и, таким образом, помогают придать кончикам наших пальцев чрезвычайную чувствительность. Дебреже стало интересно, повышают ли папиллярные линии эту чувствительность.

Чтобы выяснить это, он и его коллеги сконструировали биомиметический (то есть копирующий свойства биоматериала — прим. перев.) тактильный датчик: устройство, имитирующее структуру человеческого пальца, с датчиками, которые могли бы обнаруживать вибрации аналогично тому, как это делают тельца Пачини. 

Одна версия этого устройства была гладкой, а другая имела рельефный рисунок на поверхности, имитирующий папиллярные линии. Перемещая оба прибора по поверхности, ученые пришли к интересному открытию: борозды, имитирующие папиллярные линии, усиливали точную частоту колебаний, к которым так чувствительны тельца Пачини.

«Тот факт, что вы наносите папиллярные линии на искусственную кожу, полностью меняет природу сигналов», — сказал Дебреже. По его словам, папиллярные линии увеличивают нашу тактильную чувствительность в несколько раз. Но какая нам польза от таких гиперчувствительных пальцев? 

На протяжении тысячелетий наши пальцы были важнейшими инструментами для поиска и употребления пищи. Чувствительность к текстуре предмета, в частности, может быть эволюционно полезной, поскольку она помогает нам определить максимально спелый плод. За примерами ходить далеко не нужно: мы до сих пор выбираем те же огурцы на ощупь, стараясь брать наиболее упругие и с плотными пупырышками.

«Причина, по которой нам нужно иметь высокую тактильную чувствительность, заключается в том, что мы хотим отделить хорошую пищу от плохой», — объясняет Дебреже. Хорошее чувство осязания может помочь нам избежать гниющих или неспелых плодов. 

Вдобавок к этой идее, Дебреже отметил, что у других животных, таких как шимпанзе и коала, также имеются папиллярные линии и тельца Пачини, и они тоже часто полагаются на тактильную чувствительность, чтобы находить пищу. 

Картинки по запросу коала отпечатки пальцев

Однако Дебреже подчеркивает, что его эксперимент не является доказательством того, что отпечатки пальцев эволюционировали для этой цели. Но, тем не менее, это убедительный и элегантный тезис. «Кажется, все совпадает», — говорит он.

Мультизадачность

Несмотря на это, Дебреже на самом деле считает, что отпечатки пальцев могут служить как для улучшения тактильного восприятия, так и для улучшения захвата. «Причина, по которой мы так хорошо манипулируем и обращаемся с вещями, заключается в том, что у нас есть это изысканное чувство осязания — постоянная обратная связь между тем, чего мы касаемся, и тем, что мы чувствуем», — пояснил он. Это «позволяет нам в реальном времени корректировать силу, с которой мы собираемся схватить объект». 

Например, если какой-то предмет проскальзывает, когда вы держите его, вы должны быть в состоянии обнаружить это движение с помощью чувствительных кончиков пальцев и схватить его крепче, чтобы сохранить контроль. Таким образом, Дебреже считает, что возможно, наше тонкое чувство осязания и точная хватка фактически развились вместе и дополняют друг друга.

Эннос размышляет над еще одним возможным объяснением: отпечатки пальцев могут предотвратить появление волдырей, считает он. «Последняя идея, которую я поддерживаю, заключается в том, что гребни папиллярных линий укрепляют кожу в некоторых направлениях и помогают ей противостоять образованию пузырей, в то же время позволяя растягиваться под прямым углом к вектору приложения силы, поэтому кожа сохраняет хороший контакт с объектом», — сказал он.

В итоге, как видите, папиллярные линии, которыми мы пользуемся каждый день для разблокировки смартфона, оказались не такими уж и простыми. Какая из вышеуказанных теорий верна — сказать сложно, но скорее всего Дебреже прав: наши индивидуальные узоры на пальцах созданы природой сразу для нескольких целей.





iGuides в Telegram — t.me/igmedia
iGuides в Яндекс.Дзен — zen.yandex.ru/iguides.ru

Источник:

Why Do We Have Fingerprints? Why Do We Have Fingerprints?