為什麼會有指紋的存在?它有什麼意義?

2021-01-07 遨遊世界科學

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指紋是一個神奇的存在,從古代到現代,似乎指紋都有被人們成功地應用到生活中,而現代,指紋更是成為了人們出行的常用物品。但是無論怎麼變化,指紋始終是人類的原始「身份證」,但是這張身份證對不同領域的專家來說卻有不同的含義。

不同專家眼中的指紋

對於物理學家來說,指紋有著非常重要的作用,那就是摩擦。指紋的存在可以讓我們的手和物體之間最大的增加摩擦力。對生物學家來說,指紋可能代表了一種遺傳密碼,上面的紋路是獨一無二的存在。對於犯罪學家來說,指紋是一種破案的關鍵線索,它可以定位到可能的嫌疑人或者犯人。

1910年的一個故事,有兇手逃離了一場謀殺現場,但他留下了一條將決定他命運的線索:在他犯罪的房子外面,欄杆上晾乾的油漆上留下了他完美的指紋。而這位兇手的指紋首次被用作刑事調查的證據,並導致他在1911年被判謀殺罪。從那時起,指紋一直是法醫調查的重要證據。這些獨特的身份標記非常適合用來破案,這幾乎就是它們存在的原因。

指紋的存在意義

當然,在現代,指紋更是成為了人們支付的快捷工具,但是你可曾思考過這樣一個問題,為什麼我們會有指紋?指紋的意義到底是什麼?

前面也提到了在不同專家眼中,指紋有著不同的代表意義,事實也正是如此,而科學家們在這個問題上一直存在分歧。關於指紋,生物力學研究員、英國赫爾大學(University of Hull)生物學客座教授羅蘭·恩諾斯表示有兩種想法,一是幫助改善抓地力,二是幫助改善觸覺感知。

摩擦

首先是第一個想法,恩諾斯花了他職業生涯的一部分時間來研究第一個想法,指紋讓我們有了觸感。長期以來,這一直是一種指導理論,即指紋的微小波谷和波峰會在我們的手和觸摸的表面之間產生摩擦,從而造成這種觸感。

然而還有一種比喻就是指紋的工作原理可能類似於汽車的橡膠輪胎,它的柔韌性使它能夠適應行駛時的表面。我們知道在輪胎中,這種柔韌性與裝飾其表面的槽狀踏板相匹配,這就擴大了輪胎的表面積,因此也增加了摩擦力和牽引力。那麼這個原理同樣適用於指紋嗎?為此科學家進行了一個實驗來驗證手指的摩擦是否會像輪胎那樣隨著接觸面積的增加而增加。

在實驗中,研究人員在一個人的手指上按壓一個有機玻璃板,通過不同的嘗試改變力道,並使用指紋墨水來確定有多少肉接觸了玻璃。令人驚訝的是,這些實驗表明指紋減少了實際接觸面積,因為指紋中溝壑並沒有接觸,但是這也表明了指紋有助於摩擦。

觸摸感知

指紋還有一個理論是關於在幫助觸摸方面的作用。幾年前,由物理學家轉行巴黎索邦大學的生物學家喬治·德布雷加斯在思考為什麼我們會有指紋的問題時,對觸摸的潛在作用產生了好奇。我們的手指包含四種類型的機械感受器,或者說是細胞,它們對像觸摸這樣的機械刺激做出反應。德布雷加斯特別好奇的是一種特殊類型的機械感受器,它叫做帕西尼小體,位於指尖皮膚表面下約2毫米處。研究表明,這些特定的感受器可以調節對精細紋理的感知,它們對精確頻率比如200赫茲的微小振動特別敏感,因此有助於賦予我們的指尖極高的靈敏度。而科學家想知道指紋是否增強了這種敏感性。

為了找到答案,德布雷加斯設計了一種仿生觸覺傳感器,一種類似於人類手指結構的精巧裝置,其傳感器可以像帕西尼安微粒那樣探測振動。這個裝置有兩個版本,一個表面是光滑的,另一個表面有一個類似人類指紋的脊狀圖案。當在一個表面上移動時,脊狀突起產生了一個有趣的現象:傳感器上的脊狀突起放大了帕西尼安微粒非常敏感的振動頻率。

作為人類指尖的替代物,這個奇妙的裝置表明,我們的指紋同樣會將這些精確的振動傳導到皮膚下的傳感器上。通過放大這些精細而詳細的感官信息,科學家得出結論,指紋可以將我們的觸覺敏感度提高了好幾倍。

那麼擁有如此敏感的指尖觸覺有什麼好處呢?

數千年來,我們的手一直是尋找和食用食物的重要工具,並幫助我們導航世界。這些任務是通過觸摸來完成的。而我們需要檢測和區分食物紋理的原因是,恰恰區分好食物和壞食物。良好的觸覺可以幫助我們避免腐爛或感染的物品。指紋和帕西尼安小體的配對也存在於其他動物身上,比如黑猩猩和考拉,它們部分依賴觸覺來尋找食物。

而我們之所以如此善於操縱和處理事物,是因為我們有這種敏銳的觸覺,我們觸摸到的東西和我們感覺到的東西之間有一個不斷的反饋迴路。這可以讓我們能夠實時修正握持物體的力。例如,當你拿著某樣東西時,如果它滑動了,你需要能夠用敏感的指尖探測到它表面的變化,以保持你的抓地力。

當然,指紋的秘密遠不止于于此,生命本是一種奇妙的存在,也是一種未知的存在,指紋的誕生恰恰是造物主的神妙之處,探索生命,敬畏生命!

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