颠覆认知！人的指纹，竟然暗藏这5个秘密
为什么我们的手指并没有很用力，就能牢牢地握住手机？
为什么手机屏幕和智能锁，手指一碰就可以解锁？
这些都离不开一样人类身上进化已久、熟悉到快要被忽视的东西——指纹。
今天就来告诉你，关于指纹背后的奥秘。
指纹是我们皮肤的一部分，是真皮组织向表皮的突起[1]。而在指纹内部，还藏着许多汗腺。
我们知道，粗糙的表面能够增加摩擦力；但是如果接触面有液体，摩擦力就会减小、变得很滑。
那么，当我们拿东西时，指纹到底是怎么起作用的呢？
2020年11月30日，一篇发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的研究[2]揭示了其中的秘密。
（来源：pnas.org）
来自英国和韩国的科学家们运用先进的光学成像、红外谱域光学相干断层扫描（IR-OCT）等技术，对“手指抓握玻璃杯”的过程进行了观察。
他们发现，当比较干燥的指尖碰到玻璃表面时，指纹里的汗腺就会分泌汗液，让皮肤表面充分水合。
“水合”的意思，其实是“皮肤表层的角质细胞与水的结合”。简单说，就像海绵吸水的过程。
（来源：见水印）
经过汗液水合后的表层细胞会变得更加饱满，增加了皮肤和玻璃杯的接触面积和摩擦力，帮助我们更好地握住它。
（A~C：指纹按在光滑玻璃上的图像；D：指纹表皮内的螺旋形汗腺导管图像。来源：文献[2]）
当指尖和玻璃杯的接触面够大时，玻璃表面就会完全覆盖汗腺出口，阻挡汗液流出。
然后，汗腺的分泌随之减少，这样能防止过多的汗水使指尖打滑，避免玻璃杯稀碎“葬身”现场。
那天生爱出汗的人可怎么办？咱可是见过某些同学由于考试时太紧张，整张卷子湿了再干、被弄得皱皱巴巴的样子。
别急，科学家对于潮湿状态下的指尖也进行了分析。
当指纹间的汗液过多，这时“蒸发系统”就开始工作了。
借助指纹间凹槽留出来的空隙，汗水和空气接触面增大，就可以帮助水分快速蒸发，让指尖和玻璃表面的摩擦力处于最佳状态。
（潮湿状态下，指纹中汗水在180秒内蒸发变干的过程。A：指纹接触面的光学图像；D：指纹凹槽内的水分变化横截面，来源：文献[2]）
所以，当我们的手指接触到玻璃、金属这类质地坚硬又不容易透水的东西时，无论指尖是干还是湿，分泌系统和蒸发系统都会完美配合，确保我们能抓握物体、进行灵活的操作。
（手指接触玻璃时，指纹凹槽内汗液分布的模拟图。来源：文献[2]，腾讯医典翻译）
说到这，你可能会联想到另一个现象——
当我们的手指和脚趾泡在水里，久了以后会起皱。
没错！有研究认为，这也是为了提高手脚在水中的抓地能力[15]。
看完结论，终于知道为什么我们的手指能牢牢握住手机，而不用时时担心它掉地上碎屏了~
（友情提示：手滑星人可能是手汗过多，也可能就是手指不太听使唤……建议自备防滑手机壳、懒人支架以及擦手纸巾。来源：soogif）
这项研究在仿生应用方面，也给人类带来了更多新的灵感。比如：
设计出更加高效的触觉传感器（让我们更顺畅地刷触屏）；
利用指纹的抓握原理，制造更加逼真的假肢和机器人；
研发更加灵敏的纺织品检测设备（妈妈再也不用担心我不会挑布料啦）。
好奇的你可能会想：
既然汗液会蒸发，那物品表面的指纹为什么还能留下痕迹、成为证据呢?
（来源：soogif）
其实，手指分泌的汗液除了水分，还有少量的蛋白质、无机盐、油脂等。这些物质不仅会让汗液粘稠，也让灰尘和小颗粒容易附着。
所以，对于塑料、玻璃、金属、瓷砖等坚硬、不透水的物品，刑侦人员会用一些特殊的粉末（如色差明显的粉末或者铁粉）撒在表面，这样就可以提取指纹了。
对于质地较软或容易吸水的物品，又该怎么办？
这就需要根据物体本身的物理化学性质，让指纹现出原形。
比如在疑似有指纹的纸张上，用碘蒸气熏蒸，就可以看到变成棕色的指纹，这就是“碘蒸法”；与此类似的还有“硝酸银法”。
（织物表面的指纹提取。来源：上海纪实频道《真实第25小时：残缺的指纹》）
随着技术的发展，一些化学手段不易检测出的陈旧指纹，应用先进的光学仪器再辅助计算机识别手段，也可以让指纹“显形”[3]。
“一斗穷，二斗富，三斗四斗卖豆腐，五斗六斗开当铺，七斗八斗把官做，九斗十斗享清福……”
小时候，你有没有听过这样的顺口溜，还挨个掰着手指头看指纹，找斗找簸箕的？请举手~
这里的斗和簸箕，还真有科学的分类标准！
在19世纪80年代，弗朗西斯·高尔顿爵士在自己的著作中首次提出了指纹分类法[4]，他将指纹分为三大类：斗形纹，箕形纹和弧形纹，以及相应的亚型。随着指纹应用的增多，分类方法也各有不同。
箕形、斗形和弧形
（来源：文献[5]）
有研究发现，人群中大概60~65%的人是箕形；30~35%的人是斗形；只有5%的人是弧形[10]。
据此推测，带“斗”的人可能天生就比带“簸箕”的少。
那么，顺口溜里说的带“斗”越多越“命好“，也许只是物以稀为贵的心理预设罢了。相信这个说法的人，也会不自觉地向它归因、靠拢（跟“耳垂大有福气” ”找到四叶草有好运“类似）。
当我们还是胎儿时，在妈妈肚子里3个月左右，指纹就已经形成了[9]。
指纹的基本纹路由基因决定，所以不同人的指纹也不相同。哪怕是同一个人，10个指头的指纹也是互不相同的。
那么，有一类特殊人群——同卵双生的双胞胎（二人由同一个受精卵分化而来），他们的基因一模一样，指纹还会不同吗？
答案是：也不相同。
研究发现[6]，尽管同卵双胞胎指纹发育的起点一样，生长过程却不尽相同。
比如胎儿周围的羊水、胎儿在子宫内的姿势等，都会影响指纹的形成。所以“撞”指纹的情况是不会发生的！
在侦探小说里，经常有“犯罪分子用菠萝汁让指纹消失”的情节。这在现实中会发生吗？
的确，菠萝里的蛋白酶会降解蛋白质，“咬”我们的舌头，放在肉里也会让肉质变嫩。
但有人实测发现，频繁接触菠萝汁只会让指纹暂时不太明显，关键是手指还会脱皮、烧灼疼痛（碰到床单都痛，无疑增加了作案难度）！就算是切菠萝的工人，也要一直要戴手套。
（手指每天泡两次菠萝汁，8天后的变化。来源：视频博主Tom Scott[13]）
早在1935年，就有专家研究过“将酸涂在手指上的指纹变化“，结果发现指纹并没有完全被破坏，周围的一圈照样能鉴别出来[14]。
(20世纪初美国劫匪约翰·迪林杰经酸处理后的指纹。来源：文献[14]，腾讯医典翻译)
要想真的消除指纹，起码要达到1毫米的深度、范围也要更大，不然都会长回原状。
不过，世界上还真有一类人无法通过指纹追查到——那就是皮纹病患者[11]。
这是一种罕见病。他们生来就没有指纹，手指光溜溜的（办各种证件录指纹可是个大难题）。好在，这个病对身体健康没有特别大的影响。
神奇的是，他们拿东西时并不会“手滑”。因为手掌脚掌变厚了、而排汗能力略有下降，同样能产生跟常人差不多的抓握摩擦力。
另外，抗肿瘤的化疗药物“卡培他滨”也会导致指纹变浅、消失，停药2~4周后可恢复。
（一位57岁乳腺癌女患者使用卡培他滨后的大拇指。来源：文献[12]）
小小指纹学问大，奇怪的知识又增加了。今天，你学废了吗？
审稿专家：张洪涛（笔名一节生姜）
美国宾夕法尼亚大学医学院病理及实验医药系研究副教授
参考文献
[1]Adamu L H, Taura M G. Embryogenesis and applications of fingerprints-a review[J]. International Journal of Human Anatomy, 2017, 1(1): 1.
[2]Yum S M, Baek I K, Hong D, et al. Fingerprint ridges allow primates to regulate grip[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020.
[3]郭耀, 白雅飞. 试分析刑侦技术中指纹痕迹的检验[J]. 法制博览, 2015 (8): 89.
[4]Yager N, Amin A. Fingerprint classification: a review[J]. Pattern Analysis and Applications, 2004, 7(1): 77-93.
[5]Yohannes S, Bekele E. Ethiopian population dermatoglyphic study reveals linguistic stratification of diversity[J]. PloS one, 2015, 10(6): e0126897.
[6]Jain A K, Prabhakar S, Pankanti S. On the similarity of identical twin fingerprints[J]. Pattern Recognition, 2002, 35(11): 2653-2663.
[7]Mehta A A, Mehta A A. Study of fingerprint patterns in type II diabetes mellitus[J]. Int J Anat Res, 2015, 3(2): 1046-1048.
[8]Desai S D, Hadimani G A. Dermatoglyphics and Health[J]. Anatomica Karnataka, 2013, 7(1): 1-9.
[9]刘润东. 基于 Bresenham 算法的指纹 ab 嵴线数计算方法研究[D]. 云南大学, 2016.
[10]Wijerathne B T B, Rathnayake G K, Adikari S C, et al. Sexual dimorphism in digital dermatoglyphic traits among Sinhalese people in Sri Lanka[J]. Journal of physiological anthropology, 2013, 32(1): 27.
[11]https://www.nationalgeographic.com/news/2011/8/110809-fingerprints-skin-disease-health-science-weird/
[12]Cohen P R. Capecitabine-associated loss of fingerprints: report of Capecitabine-induced Adermatoglyphia in two women with breast cancer and review of acquired Dermatoglyphic absence in oncology patients treated with Capecitabine[J]. Cureus, 2017, 9(1).
[13]https://www.quora.com/Can-someone-really-erase-their-fingerprints-using-pineapple-juice
[14]Cummins H. Attempts to alter and obliterate finger-prints[J]. Am. Inst. Crim. L. & Criminology, 1934, 25: 982.
[15]Changizi M, Weber R, Kotecha R, et al. Are wet-induced wrinkled fingers primate rain treads?[J]. Brain, behavior and evolution, 2011, 77(4): 286-290.
*腾讯医典内容团队出品
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