指纹如何形成独一无二的漩涡

使指纹独一无二的螺纹、拱形和环状结构是在胎儿发育过程中由指尖上形成的微小脊波形成的，它们展开然后相互碰撞——类似于赋予斑马条纹或猎豹斑点的过程.

在2 月 9 日发表于Cell的一项研究中，研究人员发现两种蛋白质(一种刺激脊形成，另一种抑制它)之间的相互作用会产生从指尖三个不同区域出现的周期性脊波。

这些区域的精确位置和波浪之间的碰撞产生了指纹的独特图案。“想出这些不同的拱形、环形和螺纹图案，关键不仅仅是分子成分，”该研究的合著者、英国爱丁堡大学的发育生物学家 Denis Headon 说。“这就是它们在手的解剖结构上的部署方式。”

识别标记

指纹被认为可以增加指尖的抓握力和灵敏度，它们的图案长期以来一直用于识别个人和诊断某些发育状况。去年，Headon 和他的同事发表了工作2，描述了影响指纹模式的基因，其中许多与肢体发育有关。这些基因似乎为指纹的形成奠定了基础，但其中许多基因在此过程中处于非活动状态，这表明它们并不直接参与脊纹的形成。

为了更多地了解指纹图案，Headon 和他的同事追踪了指纹在胎儿发育过程中是如何出现的。解剖学研究和基因活动分析表明，形成指纹脊的细胞遵循最初模仿毛囊的发育路径。但是，与毛囊的基因活动模式不同的是，脊细胞无法吸收皮肤表面下更深处的细胞。

这些分析支持“图灵反应扩散系统”的存在，该系统可以在激活发育过程的分子同时刺激自身和抑制分子时产生。西班牙桑坦德坎塔布里亚坎塔布里亚生物医学和生物技术研究所的发育生物学家 Marian Ros 说，其结果是一个创建周期性模式的自组织系统。

模式的数学

1952 年，数学家艾伦·图灵 (Alan Turing)提出3此类系统，作为对发育过程的化学解释，例如植物的叶子排列或称为九头蛇的小型水生生物的触须排列。从那时起，图灵反应扩散机制被描述为有助于建立各种熟悉的生物景观，包括一些热带鱼颜色鲜艳的鳞片和鸟类的羽毛图案。

为了找到指导指尖图案化的分子，Headon 和他的合作者研究了老鼠脚趾上的脊和在 3D 培养物中生长的人类细胞。他们发现一种叫做 WNT 的蛋白质在毛囊发育中很重要，它可以刺激脊的形成。另一种称为 BMP 的分子会抑制它们，从而形成图灵反应扩散系统。

脊从三个区域发出：指尖;指尖的中心;和指尖根部的折痕，手指弯曲的地方(参见“指纹的图案化方式”)。在模拟中，Headon 和他的团队改变了波浪在这三个地点的起源时间、角度和精确位置，并创建了拱形、环形和螺纹。“这些波将碰撞，”洛杉矶南加州大学的发育生物学家 Cheng-Ming Chuong 说。“当它们碰撞时，它们会产生湍流，有助于创造指纹图案的多样性。”

罗斯说，这些发现是我们对指纹图案理解的重大进步。Chuong 指出，过去对指纹等皮纹的研究往往更侧重于理论和建模方法，而不是实验数据。但最新的研究利用细胞培养技术和其他方法的进步来推动这一领域：“他们的工作打开了这个领域，”Chuong 说。“现在人们可能会更多地关注我们皮肤中这些隐藏的模式。”

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