指纹形成之谜有新的解释

科学家们终于弄清楚了指尖上的这些拱形、环状和螺纹是如何形成的。
在子宫内时，指纹定义的脊从每个指尖上的三个不同点开始呈波浪状向外扩展。研究人员 2 月 9 日在《细胞》杂志上报道称，由于三个分子之间遵循所谓的图灵模式的相互作用，凸起的皮肤呈现出条纹图案。这些脊如何从起始位置扩散并合并，决定了指纹的总体形状。
指纹是独一无二的并且可以终生使用。自 1800 年代以来，它们就被用来识别个人身份。人们提出了几种理论来解释指纹是如何形成的，包括自发的皮肤折叠、分子信号传导以及脊状图案可能遵循血管排列的观点。
科学家们知道，表征指纹的脊线开始形成为向下生长到皮肤中，就像沟槽一样。在接下来的几周内，沟渠中快速繁殖的细胞开始向上生长，导致皮肤带增厚。
由于萌芽的指纹脊和发育中的毛囊具有相似的向下结构，因此新研究中的研究人员比较了这两个位置的细胞。研究小组发现，这两个位点共享某些类型的信号分子（在细胞之间传递信息的信使），包括三种称为 WNT、EDAR 和 BMP 的信号分子。进一步的实验表明，WNT 指示细胞繁殖，在皮肤中形成脊，并产生 EDAR，从而进一步增强 WNT 活性。BMP 会阻止这些行为。
为了研究这些信号分子如何相互作用形成模式，研究小组调整了小鼠体内的分子水平。老鼠没有指纹，但它们的脚趾皮肤上有类似于人类指纹的条纹脊。爱丁堡大学的发育生物学家 Denis Headon 表示：“我们上下转动刻度盘（或分子），就能看到模式变化的方式。”
增加 EDAR 会导致更厚、更间隔的脊线，而减少 EDAR 会导致出现斑点而不是条纹。BMP 的情况正好相反，因为它阻碍了 EDAR 的生产。
黑顿说，条纹和斑点之间的转换是图灵反应扩散控制系统中的一个标志性变化。这一数学理论由英国数学家艾伦·图灵于 20 世纪 50 年代提出，描述了化学物质如何相互作用和扩散以创建自然界中可见的模式( SN: 7/2/10 )。不过，在测试时，它仅解释了一些模式（SN：1/21/14）。
然而，鼠标手指太小，无法产生人类指纹中看到的复杂形状。因此，研究人员使用计算机模型来模拟从指尖上三个先前已知的脊起始位置传播的图灵图案：指垫中心、指甲下方和最靠近指尖的关节折痕处。
通过改变这些起点的相对时间、位置和角度，该团队可以创建三种最常见的指纹图案——拱形、环形和螺纹——甚至是更罕见的指纹图案。例如，当指垫脊线开始缓慢时，就会形成拱形，从而使源自折痕和指甲下方的脊线占据更多空间。
“这是一项非常出色的研究，”纽约市西奈山伊坎医学院布莱克家族干细胞研究所所长、发育和干细胞生物学家莎拉·米勒 (Sarah Millar) 说。
未参与这项工作的米勒说，分子之间的受控竞争也决定了毛囊的分布。她说，这项新研究“表明指纹的形成遵循一些基本主题，这些主题已经针对我们在皮肤上看到的其他类型的图案制定出来了。”
Millar 指出，携带影响 WNT 和 EDAR 基因突变的人会出现皮肤异常。“人们普遍认为这些分子可能参与指纹形成，”她说。
总体而言，Headon 表示，该团队的目标是帮助汗腺等皮肤结构在子宫内（甚至出生后）发育不良时的形成。
“从更广泛的角度来看，我们想要做的是了解皮肤如何成熟。”
(责任编辑：泉水)

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