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我们很少会注意到自己指尖的细微图案，指纹在平时是如此的不起眼，但是我们的生活却离不开它的帮助。先前对指纹的研究表明，它可以为我们提供额外的抓握力，提高动作的灵敏度。
同时，指纹也是神秘和独一无二的，即使是同卵双胞胎也有着不同的指纹，这也为确认罪犯提供了有力证据。但是，人类的指纹为什么会各不相同？这样一个简单的问题困扰了科学家很长的时间。
在《细胞》的最新研究中，来自国际不同地区的合作团队共同揭开了指纹形成之谜。
谜团的答案与上世纪50年代，数学家Alan Turing提出的图灵反应扩散系统如出一辙，这种系统可以作为发育过程中的一种化学解释，即特定区域的发育会涉及刺激生长的分子和抑制生长的分子，并且它们会交错进行。
你也可以将其理解为激活剂和抑制剂，比如小鼠口腔上颚的脊状突起就被证实是成纤维细胞生长因子充当激活剂，Shh蛋白充当抑制剂形成的模式，所以会形成有地方凸出，有地方凹陷的结构，这一点你用舌头自己也能感觉到。
指纹也是如此，如果你拿起手掌仔细观察，你会发现它是一层脊状凸起接一层平整区域的模式，像水波一样层层推进。
▲不同的指纹图案和指纹脊（图片来源：参考资料[3]）
新研究的通讯作者Denis Headon博士过去就曾发现一些基因与指纹形成有关，这些基因大部分参与了肢体发育，但具体哪些是指纹形成必需的还不清楚。这一次，他和同事对胚胎小鼠脚趾上的发育过程进行了细致分析，尤其是脊状凸起是如何产生的，哪些基因是必不可少的。除此之外，他们还搭配了人类细胞的3D发育模型进行验证。根据研究结果可以肯定的是，指纹的发育同样由“激活剂”和“抑制剂”来完成，其中WNT蛋白负责造成细胞形成指纹脊，而另一种BMP蛋白则会抑制指纹脊，然后形成一层层“水波”状结构。如果“水波”只从一边出发，沿着一个方向发生，那么指纹就可能变得千篇一律了。这也正是研究者发现的神奇之处：指纹脊具有3个起始位置，并朝着不同的方向发育扩散。指纹脊3个位置的大方向分别位于指尖（朝内侧推进），指头中心（朝四周推进）和第一个指节边缘（朝上推进）。▲指纹脊会从3个地方起源并发展，最后碰撞形成独一无二的指纹图案（图片来源：参考资料[1]）
不同来源的细胞相遇后，会不断相互挤压，这就好比朝不同方向行进的波浪，“它们最终碰撞到一起，形成特殊的湍流，这有助于创造出指纹图案的多样性，”南加州大学的发育生物学家Cheng-Ming Chuong博士表示。除了碰撞过程随机，胎儿在子宫中手指的摆放与位置也是随机的，这些都给了指纹形成极大的随机性。Headon博士和同事通过改变指纹脊的出现时间、具体位置以及调整发生角度，就可以构建出拱形、环形和螺纹状的指纹。研究者还发现，实际上指纹的发育路径与毛囊是相似的，但是毛囊的发育更加复杂，需要表皮之下的其他细胞参与。“指纹脊的精确位置和最后的碰撞产生了独特的图案，无论是拱形、环形还是螺纹，这不仅仅是某个分子成分决定的。”Headon博士表示，人们在未来可能可以揭开皮肤中更多的隐藏模式。[1] How fingerprints get their one-of-a-kind swirls. Retrieved February 13, 2023 from https://www.nature.com/articles/d41586-023-00357[2] How fingerprints get their unique whorls. Retrieved February 13, 2023 from https://phys.org/news/2023-02-fingerprints-unique-whorls.html[3] James D. Glover et al, The developmental basis of fingerprint pattern formation and variation, Cell (2023). DOI: 10.1016/j.cell.2023.01.015本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。
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