Kako su nastali otisci prstiju i zašto ih imamo? Nije zbog onog što mislite !

Pritisneš vrh prsta na ekran telefona da ga otključaš, uhvatiš šolju kafe, pređeš palcem preko komada tkanine da proveriš koliko je mekana i u svakom od tih trenutaka na delu je elegantan proizvod evolucijskog „inženjeringa“.

Većina ljudi, kada bi ih pitali zašto imamo otiske prstiju, rekla bi nešto neodređeno o identifikaciji. Možda bi pomenuli forenzičke istrage i mesta zločina.

Međutim, prava priča je mnogo čudnija, slojevitija i znatno fascinantnija nego što to sugeriše bilo koja detektivska serija. Ona uključuje fiziku, razvoj kože u embrionalnoj fazi, drevna stabla i mehaniku vlage koju istraživači tek sada počinju u potpunosti da razumeju.

Šta su zapravo otisci prstiju?

Otisci prstiju su površinski izraz onoga što biolozi nazivaju dermalnim naborima (grebenima).

Uzdignuti i udubljeni delovi kože koji prekrivaju ne samo vrhove prstiju, već i dlanove, nožne prste i tabane.

Naučno proučavanje ovih obrazaca nosi zanimljiv naziv dermatoglifika, a sami obrasci javljaju se u tri osnovna tipa: lukovi, petlje, spirale.

Jedna često zanemarena činjenica o otiscima jeste da ih, među svim sisarima, imaju samo primati i koale. To je veoma zanimljiv trag.

Koale i primati nemaju skorijeg zajedničkog pretka. To znači da su se otisci prstiju razvili nezavisno u obe linije što biolozi nazivaju konvergentna evolucija.

Kada priroda dođe do istog rešenja dva puta, iz različitih početnih tačaka, to je snažan pokazatelj da je to rešenje zaista korisno. Pitanje je: za šta tačno?

Ispostavlja se da je to pitanje spornije nego što biste očekivali. Istraživači su predložili nekoliko hipoteza, a iskren odgovor je da su sve tri verovatno igrale ulogu. Evolucija retko ima samo jedan uzrok.

Kako nastaju naši otisci prstiju?

Pre nego što objasnimo zašto otisci prstiju postoje, vredi se zadržati na tome kako nastaju, jer je mehanizam zaista iznenađujući.

Obrisi otisaka počinju da se formiraju oko 10. nedelje trudnoće, u vreme kada je fetalna šaka još uvek mala, „mekana“ proto-struktura.

Privremena zadebljanja na vrhovima prstiju, nazvana volarni jastučići, igraju ključnu ulogu. Kako se oni najpre uvećavaju, a zatim povlače, stvaraju mehanički pritisak na tanki bazalni sloj kože iznad njih i upravo taj pritisak pokreće formiranje nabora.

U jednoj studiji iz 2005, objavljenoj u časopisu Journal of Theoretical Biology, matematičari Majkl Kuken i Alan Njuel predložili su da obrasci otisaka prstiju nastaju usled nestabilnosti savijanja u tom bazalnom sloju kože.

Zanimljivo je da se ovaj proces svrstava u istu vrstu fizičkog fenomena koji uzrokuje gužvanje tankog metalnog lima pod pritiskom.

Njihov ključni uvid bio je da smer u kome se grebeni pružaju stoji pod pravim uglom u odnosu na pravac najvećeg pritiska na vrhu prsta. Geometrija volarnog jastučića, koliko je izdignut i koliko je simetričan, određuje da li će nastati spirala, petlja ili luk. Veoma simetričan, kupolast jastučić obično dovodi do spirale; ravniji ili asimetričan jastučić daje petlju; minimalno zadebljanje stvara najjednostavniji obrazac, luk.

Drugim rečima, konkretan obrazac tvog otiska prsta nije direktno „upisan“ u DNK kao nacrt. On nastaje iz fizičke dinamike rastućeg tkiva koje trpi pritisak, iz same geometrije vrha prsta, u tačno određenom periodu fetalnog razvoja.

To je pomalo zapanjujuća misao. Deo onoga što te čini jedinstvenim, rezultat je sila koje deluju na granici između biologije i fizike, u periodu života kojeg se uopšte ne sećaš.

Zašto su se otisci prstiju razvili?

Najintuitivnija hipoteza je ujedno, u svom savremenom obliku, i mehanički najsofisticiranija – nabori pomažu pri hvatanju predmeta.

Dugo nije bilo jasno kako tačno poboljšavaju hvat, a odgovor koji su istraživači otkrili pokazao se kao prilično elegantan.

Studija iz 2020. godine, objavljena u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences, direktno se bavila ovim pitanjem.

Koristila je napredne tehnike snimanja kako bi se posmatralo šta se dešava na kontaktu između vrha prsta i stakla. Ono što su otkrili menja jednostavnu ideju da grebeni samo povećavaju trenje. Umesto toga, izgleda da funkcionišu kao deo dvostrukog sistema za regulaciju vlage.

Kada prst dodirne nepropusnu površinu, znojne pore unutar grebena oslobađaju vlagu koja omekšava keratinski sloj kože, čime se povećava trenje. Istovremeno, udubljenja između grebena omogućavaju da se višak vlage ukloni kapilarnim isparavanjem. Sprečavaju tako da prst postane toliko mokar da počne da klizi.

Rezultat je samoregulišući sistem. On održava optimalan hvat u širokom rasponu uslova, bilo da je ruka na početku suva ili mokra.

Glatki jastučići kod mesoždera poput mačaka i medveda nemaju ovu sposobnost: njihove šape ili prijanjaju ili klize. Nasuprot tome, koža vrhova prstiju kod primata sama reguliše svoje trenje.

Važne hipoteze

Ova evolutivna prednost bila bi izuzetno vredna u arborealnom (drvećem ispunjenom) svetu. Tada su živeli naši preci primati, jer im je pomagala da hvataju grane, beru plodove i provlače se kroz vegetaciju.

Svako klizanje na visini nosi rizik po opstanak. Vrhovi prstiju koji mogu pouzdano da hvataju bilo da su mokri ili suvi, grubi ili glatki, bili su vredni očuvanja.

Druga hipoteza se manje fokusira na držanje predmeta, a više na njihovo osećanje. Prsti primata su izuzetno osetljivi instrumenti. Puni su mehanoreceptora koji detektuju pritisak, teksturu, vibracije i fine prostorne detalje.

Čini se da grebeni otisaka prstiju pojačavaju ovu osetljivost na specifičan i domišljat način: usmeravanjem i pojačavanjem mikrovibracija koje nastaju kada koža klizi preko teksturisane površine, oni povećavaju frekvencijski sadržaj signala koji dopire do dubljih mehanoreceptora.

Pregledni rad iz 2021. godine u časopisu Young Anthropology razmatra ono što istraživači nazivaju „hipoteza teksture ploda“. Ideju da su rani arborealni primati koristili osetljivost vrhova prstiju da dodirom procene zrelost plodova.

Prepoznavanje suptilnih mehaničkih razlika između nezrele i zrele smokve, ili između tvrdog i mekog semena, moglo je doneti stvarnu prednost u pronalaženju hrane. Velika gustina grebena povećava površinu kontakta sa predmetom u svakom trenutku i poboljšava prostornu rezoluciju taktilnih informacija.

Hipoteza kretanja

Treća hipoteza je možda najviše „ekološka“ od sve tri. Ako pogledamo raspodelu otisaka prstiju među vrstama, vidimo da se oni javljaju kod primata koji se redovno kreću kroz složena, trodimenzionalna, arborealna (drvenasta) okruženja – kao i kod koala, koje rade isto. Vrste sa relativno ravnim, glatkim jastučićima obično žive na tlu ili provode manje vremena hvatajući nepravilne grane.

Hipoteza kretanja tvrdi da su se grebeni razvili prvenstveno da bi poboljšali pouzdanost hvata tokom kretanja kroz drveće. To znači da nisu služili samo za precizne radnje rukama, već za kretanje celog tela po površinama koje su zakrivljene, grube, mokre, prekrivene korom i nepredvidivo promenljive.

Ova hipoteza se dobro uklapa sa hipotezom o hvatu; zapravo, mehanizam regulacije vlage bio bi podjednako koristan za penjanje kao i za manipulaciju predmetima.

Takođe pomaže da se objasni zašto se grebeni nalaze i na nožnim prstima i tabanima, a ne samo na vrhovima prstiju: kretanje po drveću uključuje čitave udove.

Sve tri hipoteze zajedno daju sliku otisaka prstiju kao integrisane adaptacije koja je istovremeno poboljšavala penjanje, hvatanje i osećaj dodira u složenom svetu krošnji u kojem su živeli naši primatski preci.

Doduše, postoji jedna komplikacija za čisto taktilnu hipotezu. Grebeni se nalaze i na dlanovima i tabanima, delovima tela koji se obično ne koriste za precizno razlikovanje tekstura.

To sugeriše da priča nije isključivo o dodiru, ali ne isključuje da je upravo on bio jedan od faktora. Evolucija, uostalom, retko stvara strukture koje služe samo jednoj funkciji.

Ono za šta evolucija nije „planirala“ otiske prstiju

Evolucija je oblikovala otiske prstiju za drveće, plodove i hvatanje. Nije predvidela jastučiće za mastilo, biometrijske skenere niti kriminalističke baze podataka. Pa ipak – tu smo.

Jedinstvenost otiska prsta svake osobe – proizvod razvojnog „plesa“ u materici – pokazala se forenzički izuzetnom. Obrasci ostaju stabilni tokom celog života, otporni su na površinska oštećenja i dovoljno raznoliki da nijedna dva čoveka u zabeleženoj istoriji nisu imala potpuno identičan skup. Čak ni jednojajčani blizanci.

Ono što je počelo kao prilagođavanje za kretanje kroz arborealni svet, usput je postalo jedan od najpouzdanijih sistema lične identifikacije ikada otkrivenih.

Takva je priroda evolucije: ona gradi za uslove koji trenutno postoje, a ono što izgradi ponekad se pokaže korisnim na načine koje nije mogla da „predvidi“.

Struktura oblikovana za penjanje po smokvama u miocenskim šumama danas otključava tvoj pametni telefon.

Grebeni na vrhovima tvojih prstiju stariji su od tvoje vrste, stariji od samog pojma identiteta i nikada nisu bili namenjeni da te obeleže kao jedinstvenog. Samo su se, savršeno, tako ispostavili.

izvor : Skot Trevers, saradnik Forbes