Każdy z nas ma swoje własne, unikatowe linie papilarne. Ale – pomijając korzyści w kryminalistyce – po co tak właściwie są one nam potrzebne?
W 1910 r. Thomas Jennings uciekł z miejsca zbrodni, ale zostawił po sobie wskazówkę, która przypieczętowała jego los. Były to odciski palców zachowane w zaschniętej farbie na poręczy domu, w którym popełnił przestępstwo. Po raz pierwszy w historii użyto ich jako dowodu w dochodzeniu kryminalnym i wykorzystano do skazania mężczyzny za morderstwo w 1911 r. Od tego czasu, odciski palców są kluczowym dowodem w sprawach kryminalnych na całym świecie. Są one naszą cechą charakterystyczną, podpisem, przed którym nie możemy uciec. Ale biolodzy od dawna zadają sobie pytanie: po co właściwie mamy odciski palców?
Palce i tarcie
Ludzie mają dwa pomysły dotyczące pochodzenia odcisków palców. Pierwsze mówi, że poprawiają chwyt, a drugie, że ulepszają percepcję dotyku.
prof. Roland Ennos, badacz biomechaniki z University of Hull
Powyższe stwierdzenie w zasadzie zamyka temat, bo jest ono jak najbardziej prawdziwe i niezwykle celne. Ennos spędził część swojej kariery naukowej badając pierwszą opcję. Odciski palców faktycznie dają nam większą kontrolę. Przez długi czas obowiązywała teoria mówiąca, że liczne zagłębienia linii papilarnych wytwarzają tarcie między naszymi dłońmi a powierzchnią, której dotykamy.
Dowodem na poparcie tej teorii jest to, że opuszki palców mogą działać jak opony w samochodach, których sprężysta natura pozwala im dopasować się do powierzchni, po której jadą. W oponach ta sprężystość jest połączona z liniami bieżnika, które powiększają ich powierzchnię, zwiększając tarcie i przyczepność. Ennos postanowił zbadać, jak ten pomysł sprawdza się w warunkach laboratoryjnych.
Naukowcy chcieli sprawdzić, czy tarcie palców rośnie wraz ze strefą kontaktu – tak, jak ma to miejsce w przypadku opon. Aby się tego dowiedzieć, naukowcy przeciągnęli płytkę z pleksiglasu po opuszkach palców danej osoby, w różnych próbach zmieniając siłę jej przyłożenia. W celu określenia, jak duży obszar ciała dotyka płytki, użyto atramentu odbijającego odciski palców. Rzeczywiście, okazało się, że obszar kontaktu palca z płytką w porównaniu z gładką skórą był zmniejszony przez odciski palców, ponieważ zagłębienia (tzw. doliny) jej nie dotykały. Odciski palców powinny zmniejszać tarcie, przynajmniej na gładkich powierzchniach.
Zespół Ennosa twierdzi, że ta obserwacja wcale nie stoi w opozycji do stwierdzenia, że odciski palców pomagają w chwytaniu. Uważa się, że mogą one pomóc przylgnąć do powierzchni w mokrych warunkach. Doliny odcisków palców odprowadzają wodę podobnie jak bieżniki opon samochodowych, aby zapobiec poślizgom. Trudno jednak zbadać tę tezę, gdyż nie jest łatwo naśladować zachowanie linii papilarnych w takich warunkach.
Perfekcyjny dotyk
Georges Debrégeas z Sorbonne University w Paryżu, fizyk, który został biologiem, zainteresował się rolą odcisków palców w odbiorze zmysłu dotyku. Nasze palce zawierają cztery rodzaje mechanoreceptorów, czyli komórek, które reagują na stymulację mechaniczną (jak dotyk). Debrégeas był szczególnie zainteresowany jednym rodzajem mechanoreceptorów – ciałkami Paciniego. To tzw. tangoreceptory, które znajdują się w głębokich warstwach skóry palców i sromu, ciałach jamistych prącia, ścięgnach czy torebkach stawowych.
Ciałka Paciniego są szczególnie wrażliwe na drobne wibracje o precyzyjnej częstotliwości – 200 Hz – i tym samym zapewniają naszym palcom poczucie ekstremalnej czułości. Naukowcy postanowili sobie pytanie: czy odciski palców zwiększają tę wrażliwość?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, zespół Debrégeasa zaprojektował biomimetyczny czujnik dotyku – urządzenie przypominające strukturę ludzkiego palca, z segmentami wykrywającymi wibracje podobnie do ciałek Paciniego. Jedna wersja urządzenia była gładka, a druga miała prążkowany wzór na powierzchni, który naśladował ludzkie odciski palców. Po przesunięciu po powierzchni, prążkowany wzór przyniósł fascynujące odkrycie: odbiór częstotliwości wibracji był dokładniejszy niż w przypadku gładkiej powierzchni.
W eksperymencie wykazano, że nasze odciski palców podobnie reagują podczas dotykania przedmiotów, czując wibracje pod skórą. Naukowcy wykoncypowali, że linie papilarne faktycznie zwiększają wrażliwość naszego dotyku – to radykalnie zmienia charakter odbieranych sygnałów. Ale czy faktycznie na co dzień tego potrzebujemy?
Przez tysiąclecia nasze ręce były kluczowymi narzędziami do znajdowania jedzenia oraz pomagania nam w poruszaniu się po świecie. W zadaniach tych pośredniczył dotyk. Dzięki temu udawało się wykryć odpowiedni rodzaj żywności. Czuły dotyk może pomóc nam uniknąć chwytania zgniłych lub zainfekowanych przedmiotów.
Powodem, dla któremu musimy wykrywać i oddzielać poszczególne tekstury od siebie jest to, że chcemy odróżniać dobre jedzenie od złego jedzenia.
Georges Debrégeas
Odciski palca i ciałka Paciniego występują również u innych zwierząt, takich jak szympansy czy koale, które także polegają na wrażliwości dotykowej. Uczeni niechętnie jednak jednoznacznie przyznają, że właśnie w tym celu powstały odciski palców. Niemniej jednak to inspirująca i elegancka teza.
My, manipulatorzy
Najbardziej realne jest to, że odciski palców nie spełniają tylko jednej funkcji. Prawdopodobnie służą zarówno do zwiększenia przyczepności, jak i poprawy wrażliwości dotyku. To właśnie ten ostatni element sprawia, że jesteśmy tak dobrzy w manipulowaniu różnymi przedmiotami. Możemy korygować siłę uchwytu i kąt trzymania narzędzia w czasie rzeczywistym – nie wiadomo, czy bez odcisków palców też byłoby to możliwe.
Jest jeszcze jeden możliwy powód wykształcenia linii papilarnych. Mogą one zapobiegać powstawaniu pęcherzy. Z liniami papilarnymi, skóra jest bardziej sprężysta i elastyczna, więc nie ulega tak dużym obciążeniom, jak w przypadku gładkiej powierzchni.
