【于思專欄】指紋複雜的圖案在胎中就形成了

海蒂萊德福德(Heidi Ledford)在《自然》(Nature)發表的<指紋如何形成獨一無二的漩渦>(How fingerprints get their one-of-a-kind swirls)指出，指紋複雜的圖案是在胎兒發育過程中形成的，當時皮膚上的細脊形成並相互碰撞。(The intricate patterns are created during fetal development when fine ridges on the skin form and crash into each other.) 沒有兩個指紋是相同的：指紋上的圖案是由一波接一波的脊線形成的，這些脊線從不同的地方開始，相互擴散然後碰撞。使指紋獨一無二的螺紋、拱形和環狀結構是在胎兒發育過程中由指尖上形成的微小脊波形成的，它們展開然後相互碰撞——類似於賦予斑馬條紋或獵豹斑點的過程.

文 / 于思 綜合報導

在 2 月 9 日發表於《細胞》(Cell)期刊的一項研究中，研究人員發現兩種蛋白質（一種刺激脊形成，另一種抑制它）之間的相互作用會產生從指尖三個不同區域出現的周期性脊波。這些區域的精確位置和波浪之間的碰撞產生了指紋的獨特圖案。「想出這些不同的拱形、環形和螺紋圖案，關鍵不僅僅是分子成分，」該研究的合著者、英國愛丁堡大學的發育生物學家 Denis Headon 說。「這就是它們在手的解剖結構上的部署方式。」

指紋被認為可以增加指尖的抓握力和靈敏度，它們的圖案長期以來一直用於識別個人和診斷某些發育狀況。去年，Headon 和他的同事發表了工作，描述了影響指紋模式的基因，其中許多與肢體發育有關。這些基因似乎為指紋的形成奠定了基礎，但其中許多基因在此過程中處於非活動狀態，這表明它們並不直接參與脊線的形成。

為了更多地了解指紋圖案，Headon 和他的同事追踪了指紋在胎兒發育過程中是如何出現的。解剖學研究和基因活動分析表明，形成指紋脊的細胞遵循最初模仿毛囊的發育路徑。但是，與毛囊的基因活動模式不同的是，脊細胞無法吸收皮膚表面下更深處的細胞。

這些分析支持「圖靈反應擴散系統」的存在，該系統可以在激活發育過程的分子同時刺激自身和抑制分子時產生。西班牙桑坦德坎塔布里亞坎塔布里亞生物醫學和生物技術研究所的發育生物學家 Marian Ros 說，其結果是一個創建週期性模式的自組織系統。

1952 年，數學家艾倫·圖靈 (Alan Turing ) 提出此類系統，作為對發育過程的化學解釋，例如植物的葉子排列或稱為九頭蛇的小型水生生物的觸鬚排列。從那時起，圖靈反應擴散機制被描述為有助於建立各種熟悉的生物景觀，包括一些熱帶魚顏色鮮豔的鱗片和鳥類的羽毛圖案。

為了找到指導指尖圖案化的分子，Headon 和他的合作者研究了老鼠腳趾上的脊和在 3D 培養物中生長的人類細胞。他們發現一種叫做 WNT 的蛋白質在毛囊發育中很重要，它可以刺激脊的形成。另一種稱為 BMP 的分子會抑制它們，從而形成圖靈反應擴散系統。

從三個區域發出：指尖；指尖的中心；和指尖根部的摺痕，手指彎曲的地方。在模擬中，Headon 和他的團隊改變了波浪在這三個地點的起源時間、角度和精確位置，並創建了拱形、環形和螺紋。「這些波將碰撞，」洛杉磯南加州大學的發育生物學家 Cheng-Ming Chuong 說。「當它們碰撞時，它們會產生湍流，有助於創造指紋圖案的多樣性。」

羅斯說，這些發現是我們對指紋圖案理解的重大進步。Chuong 指出，過去對指紋等皮紋的研究往往更側重於理論和建模方法，而不是實驗數據。但最新的研究利用細胞培養技術和其他方法的進步來推動這一領域：「他們的工作打開了這個領域，」Chuong 說。「現在人們可能會更多地關注我們皮膚中這些隱藏的模式。」