Вчені нарешті з’ясували, як на кінчиках ваших пальців утворилися ці дуги, петлі та завитки.
В утробі матері гребені, що визначають відбитки пальців, розширюються назовні хвилями, починаючи з трьох різних точок на кожному кінчику пальця. Дослідники повідомляють 9 лютого в Cell . Те, як ці хребти поширюються від початкових точок — і зливаються — визначає загальну форму відбитків пальців.
Відбитки пальців унікальні і залишаються на все життя. Вони використовувалися для ідентифікації людей з 1800-х років. Було висунуто кілька теорій, щоб пояснити, як утворюються відбитки пальців, включаючи спонтанне згортання шкіри, молекулярні сигнали та ідею про те, що візерунок хребта може слідувати за розташуванням кровоносних судин.
Вчені знали, що виступи, які характеризують відбитки пальців, починають утворюватися у вигляді виростів шкіри, що спускаються вниз, на зразок канавок. Протягом кількох наступних тижнів клітини, що швидко розмножуються, починають рости вгору, що призводить до потовщення смуг шкіри.
Оскільки гребені відбитків пальців, що починаються, і волосяні фолікули, що розвиваються, мають схожі структури вниз, дослідники в новому дослідженні порівнювали клітини з двох місць. Команда виявила, що обидва сайти мають спільні деякі типи сигнальних молекул — месенджерів, які передають інформацію між клітинами — включаючи три, відомі як WNT, EDAR і BMP. Подальші експерименти показали, що WNT повідомляє клітинам розмножуватися, утворюючи виступи на шкірі та виробляти EDAR, який, у свою чергу, додатково підвищує активність WNT. БМП зриває ці дії.
Щоб дослідити, як ці сигнальні молекули можуть взаємодіяти, утворюючи шаблони, команда відкоригувала рівень молекул у мишей. Миші не мають відбитків пальців, але їхні пальці на ногах мають смугасті виступи на шкірі, які можна порівняти з людськими відбитками. «Ми обертаємо циферблат — або молекулу — вгору-вниз, і ми бачимо, як змінюється шаблон», — каже біолог Деніс Хедон з Единбурзького університету.
Збільшення EDAR призвело до товстіших, більш рознесених хребтів, тоді як зменшення призвело до появи плям, а не смуг. Протилежне сталося з BMP, оскільки він перешкоджає виробництву EDAR.
Це перемикання між смугами та плямами є характерною зміною, яка спостерігається в системах, керованих реакцією-дифузією Тьюрінга, каже Хедон. Ця математична теорія, запропонована в 1950-х роках британським математиком Аланом Тьюрингом, описує, як хімічні речовини взаємодіють і поширюються, створюючи закономірності, які можна побачити в природі. Хоча під час перевірки він пояснює лише деякі закономірності.
Однак мишачі пальці занадто малі, щоб створити складні форми, які можна побачити на відбитках пальців людини. Таким чином, дослідники використовували комп’ютерні моделі, щоб змоделювати візерунок Тьюринга, що поширюється від трьох раніше відомих місць початку виступу на кінчику пальця: у центрі подушечки пальця, під нігтем і в складці суглоба, найближчій до кінчика пальця.
Змінюючи відносний час, розташування та кут цих вихідних точок, команда могла створити кожен із трьох найпоширеніших візерунків відбитків пальців — арки, петлі та завитки — і навіть більш рідкісні. Наприклад, арки можуть утворюватися, коли виступи подушечок пальців починають повільно, дозволяючи виступам, що починаються від складки та під нігтем, займати більше місця.
«Це дуже добре проведене дослідження, — каже біолог із розвитку та стовбурових клітин Сара Міллар, директор Інституту стовбурових клітин чорної сім’ї в Медичній школі Ікана на горі Синай у Нью-Йорку.
Контрольована конкуренція між молекулами також визначає розподіл волосяних фолікулів, каже Міллар, який не брав участі в роботі. Нове дослідження, за її словами, «показує, що формування відбитків пальців слідує за деякими основними темами, які вже були розроблені для інших типів візерунків, які ми бачимо на шкірі».
Міллар зазначає, що люди з генними мутаціями, які впливають на WNT і EDAR, мають аномалії шкіри. «Ідея, що ці молекули можуть брати участь у формуванні відбитків пальців, витала навколо», — каже вона.
Загалом Хедон каже, що команда прагне сприяти формуванню шкірних структур, таких як потові залози, коли вони не розвиваються належним чином в утробі матері, і, можливо, навіть після народження.
«Що ми хочемо зробити, у ширшому плані, це зрозуміти, як шкіра дозріває».