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正在看手機的你，有沒有想過：
為什麼我們的手指並沒有很用力，就能牢牢地握住手機？
為什麼手機屏幕和智能鎖，手指一碰就可以解鎖？
這些都離不開一樣人類身上進化已久、熟悉到快要被忽視的東西——指紋。
今天就來告訴你，關於指紋背後的奧秘。
指紋是我們皮膚的一部分，是真皮組織向表皮的突起[1]。而在指紋內部，還藏著許多汗腺。
我們知道，粗糙的表面能夠增加摩擦力；但是如果接觸面有液體，摩擦力就會減小、變得很滑。
那麼，當我們拿東西時，指紋到底是怎麼起作用的呢？
2020年11月30日，一篇發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的研究[2]揭示了其中的秘密。
（來源：pnas.org）
來自英國和韓國的科學家們運用先進的光學成像、紅外譜域光學相干斷層掃描（IR-OCT）等技術，對「手指抓握玻璃杯」的過程進行了觀察。
他們發現，當比較乾燥的指尖碰到玻璃表面時，指紋裡的汗腺就會分泌汗液，讓皮膚表面充分水合。
「水合」的意思，其實是「皮膚表層的角質細胞與水的結合」。簡單說，就像海綿吸水的過程。
（來源：見水印）
經過汗液水合後的表層細胞會變得更加飽滿，增加了皮膚和玻璃杯的接觸面積和摩擦力，幫助我們更好地握住它。
（A~C：指紋按在光滑玻璃上的圖像；D：指紋表皮內的螺旋形汗腺導管圖像。
來源：文獻[2]）
當指尖和玻璃杯的接觸面夠大時，玻璃表面就會完全覆蓋汗腺出口，阻擋汗液流出。
然後，汗腺的分泌隨之減少，這樣能防止過多的汗水使指尖打滑，避免玻璃杯稀碎「葬身」現場。
那天生愛出汗的人可怎麼辦？咱可是見過某些同學由於考試時太緊張，整張卷子溼了再幹、被弄得皺皺巴巴的樣子。
別急，科學家對於潮溼狀態下的指尖也進行了分析。
當指紋間的汗液過多，這時「蒸發系統」就開始工作了。
藉助指紋間凹槽留出來的空隙，汗水和空氣接觸面增大，就可以幫助水分快速蒸發，讓指尖和玻璃表面的摩擦力處於最佳狀態。
（潮溼狀態下，指紋中汗水在180秒內蒸發變幹的過程。A：指紋接觸面的光學圖像；D：指紋凹槽內的水分變化橫截面，來源：文獻[2]）
所以，當我們的手指接觸到玻璃、金屬這類質地堅硬又不容易透水的東西時，無論指尖是幹還是溼，分泌系統和蒸發系統都會完美配合，確保我們能抓握物體、進行靈活的操作。
（手指接觸玻璃時，指紋凹槽內汗液分布的模擬圖。來源：文獻[2]，騰訊醫典翻譯）
說到這，你可能會聯想到另一個現象——
當我們的手指和腳趾泡在水裡，久了以後會起皺。
沒錯！有研究認為，這也是為了提高手腳在水中的抓地能力[15]。
看完結論，終於知道為什麼我們的手指能牢牢握住手機，而不用時時擔心它掉地上碎屏了~
（友情提示：手滑星人可能是手汗過多，也可能就是手指不太聽使喚……建議自備防滑手機殼、懶人支架以及擦手紙巾。來源：soogif）
這項研究在仿生應用方面，也給人類帶來了更多新的靈感。比如：
設計出更加高效的觸覺傳感器（讓我們更順暢地刷觸屏）；
利用指紋的抓握原理，製造更加逼真的假肢和機器人；
研發更加靈敏的紡織品檢測設備（媽媽再也不用擔心我不會挑布料啦）。
好奇的你可能會想：
既然汗液會蒸發，那物品表面的指紋為什麼還能留下痕跡、成為證據呢?
（來源：soogif）
其實，手指分泌的汗液除了水分，還有少量的蛋白質、無機鹽、油脂等。這些物質不僅會讓汗液粘稠，也讓灰塵和小顆粒容易附著。
所以，對於塑料、玻璃、金屬、瓷磚等堅硬、不透水的物品，刑偵人員會用一些特殊的粉末（如色差明顯的粉末或者鐵粉）撒在表面，這樣就可以提取指紋了。
對於質地較軟或容易吸水的物品，又該怎麼辦？
這就需要根據物體本身的物理化學性質，讓指紋現出原形。
比如在疑似有指紋的紙張上，用碘蒸氣燻蒸，就可以看到變成棕色的指紋，這就是「碘蒸法」；與此類似的還有「硝酸銀法」。
（織物表面的指紋提取。來源：上海紀實頻道《真實第25小時：殘缺的指紋》）
隨著技術的發展，一些化學手段不易檢測出的陳舊指紋，應用先進的光學儀器再輔助計算機識別手段，也可以讓指紋「顯形」[3]。
「一鬥窮，二鬥富，三鬥四鬥賣豆腐，五鬥六鬥開當鋪，七鬥八鬥把官做，九鬥十鬥享清福……」
小時候，你有沒有聽過這樣的順口溜，還挨個掰著手指頭看指紋，找鬥找簸箕的？請舉手~
這裡的鬥和簸箕，還真有科學的分類標準！
在19世紀80年代，弗朗西斯·高爾頓爵士在自己的著作中首次提出了指紋分類法[4]，他將指紋分為三大類：鬥形紋，箕形紋和弧形紋，以及相應的亞型。隨著指紋應用的增多，分類方法也各有不同。
箕形、鬥形和弧形
（來源：文獻[5]）
有研究發現，人群中大概60~65%的人是箕形；30~35%的人是鬥形；只有5%的人是弧形[10]。
據此推測，帶「鬥」的人可能天生就比帶「簸箕」的少。
那麼，順口溜裡說的帶「鬥」越多越「命好「，也許只是物以稀為貴的心理預設罷了。相信這個說法的人，也會不自覺地向它歸因、靠攏（跟「耳垂大有福氣」 」找到四葉草有好運「類似）。
當我們還是胎兒時，在媽媽肚子裡3個月左右，指紋就已經形成了[9]。
指紋的基本紋路由基因決定，所以不同人的指紋也不相同。哪怕是同一個人，10個指頭的指紋也是互不相同的。
那麼，有一類特殊人群——同卵雙生的雙胞胎（二人由同一個受精卵分化而來），他們的基因一模一樣，指紋還會不同嗎？
答案是：也不相同。
研究發現[6]，儘管同卵雙胞胎指紋發育的起點一樣，生長過程卻不盡相同。
比如胎兒周圍的羊水、胎兒在子宮內的姿勢等，都會影響指紋的形成。所以「撞」指紋的情況是不會發生的！
在偵探小說裡，經常有「犯罪分子用菠蘿汁讓指紋消失」的情節。這在現實中會發生嗎？
的確，菠蘿裡的蛋白酶會降解蛋白質，「咬」我們的舌頭，放在肉裡也會讓肉質變嫩。
但有人實測發現，頻繁接觸菠蘿汁只會讓指紋暫時不太明顯，關鍵是手指還會脫皮、燒灼疼痛（碰到床單都痛，無疑增加了作案難度）！就算是切菠蘿的工人，也要一直要戴手套。
（手指每天泡兩次菠蘿汁，8天後的變化。來源：視頻博主Tom Scott[13]）
早在1935年，就有專家研究過「將酸塗在手指上的指紋變化「，結果發現指紋並沒有完全被破壞，周圍的一圈照樣能鑑別出來[14]。
(20世紀初美國劫匪約翰·迪林傑經酸處理後的指紋。來源：文獻[14]，騰訊醫典翻譯)
要想真的消除指紋，起碼要達到1毫米的深度、範圍也要更大，不然都會長回原狀。
不過，世界上還真有一類人無法通過指紋追查到——那就是皮紋病患者[11]。
這是一種罕見病。他們生來就沒有指紋，手指光溜溜的（辦各種證件錄指紋可是個大難題）。好在，這個病對身體健康沒有特別大的影響。
神奇的是，他們拿東西時並不會「手滑」。因為手掌腳掌變厚了、而排汗能力略有下降，同樣能產生跟常人差不多的抓握摩擦力。
另外，抗腫瘤的化療藥物「卡培他濱」也會導致指紋變淺、消失，停藥2~4周後可恢復。
（一位57歲乳腺癌女患者使用卡培他濱後的大拇指。來源：文獻[12]）
小小指紋學問大，奇怪的知識又增加了。
特約作者：加加 | 澳門科技大學藥理學博士
審稿專家：張洪濤（筆名一節生薑） | 美國賓夕法尼亞大學醫學院病理及實驗醫藥系研究副教授
參考文獻
[1]Adamu L H, Taura M G. Embryogenesis and applications of fingerprints-a review[J]. International Journal of Human Anatomy, 2017, 1(1): 1.
[2]Yum S M, Baek I K, Hong D, et al. Fingerprint ridges allow primates to regulate grip[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020.
[3]郭耀, 白雅飛. 試分析刑偵技術中指紋痕跡的檢驗[J]. 法制博覽, 2015 (8): 89.
[4]Yager N, Amin A. Fingerprint classification: a review[J]. Pattern Analysis and Applications, 2004, 7(1): 77-93.
[5]Yohannes S, Bekele E. Ethiopian population dermatoglyphic study reveals linguistic stratification of diversity[J]. PloS one, 2015, 10(6): e0126897.
[6]Jain A K, Prabhakar S, Pankanti S. On the similarity of identical twin fingerprints[J]. Pattern Recognition, 2002, 35(11): 2653-2663.
[7]Mehta A A, Mehta A A. Study of fingerprint patterns in type II diabetes mellitus[J]. Int J Anat Res, 2015, 3(2): 1046-1048.
[8]Desai S D, Hadimani G A. Dermatoglyphics and Health[J]. Anatomica Karnataka, 2013, 7(1): 1-9.
[9]劉潤東. 基於 Bresenham 算法的指紋 ab 嵴線數計算方法研究[D]. 雲南大學, 2016.
[10]Wijerathne B T B, Rathnayake G K, Adikari S C, et al. Sexual dimorphism in digital dermatoglyphic traits among Sinhalese people in Sri Lanka[J]. Journal of physiological anthropology, 2013, 32(1): 27.
[11]https://www.nationalgeographic.com/news/2011/8/110809-fingerprints-skin-disease-health-science-weird/
[12]Cohen P R. Capecitabine-associated loss of fingerprints: report of Capecitabine-induced Adermatoglyphia in two women with breast cancer and review of acquired Dermatoglyphic absence in oncology patients treated with Capecitabine[J]. Cureus, 2017, 9(1).
[13]https://www.quora.com/Can-someone-really-erase-their-fingerprints-using-pineapple-juice
[14]Cummins H. Attempts to alter and obliterate finger-prints[J]. Am. Inst. Crim. L. & Criminology, 1934, 25: 982.
[15]Changizi M, Weber R, Kotecha R, et al. Are wet-induced wrinkled fingers primate rain treads?[J]. Brain, behavior and evolution, 2011, 77(4): 286-290.
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