世界不思議

人類為啥會有指紋?祖先又不用指紋解鎖,為何會進化出指紋?

隨著科技的發展,我們日常生活中用到自己指紋的機會越來越多。很多人上下班要按指紋、辦身份證要錄指紋,平時生活中解鎖手機、移動支付也都用指紋。
這得益於每個人指紋的獨特性,就像世界上沒有完全一樣的兩片樹葉一樣,世界上也沒有兩個人的指紋會完全相同。

不過,你有沒有想過一個問題:人類為何會有指紋呢?
指紋和指尖汗腺

我們知道,生物各個器官的出現和演化,都是為了提高生存率才完成的。某個器官可以幫助生物在自然界更好地生存下去,於是生存率就高,有更多的機會繁衍後代,將這個性徵遺傳下去。相反的,不具備某個強大功能器官的生物相對容易死亡,就失去了大量繁殖的機會,這就是自然篩選推動的生物進化。
顯然,我們的老祖宗做夢都想不到,自己的後代在21世紀竟然能用手指尖上這些奇怪的紋路來方便自己的生活。那麼,他們為何會擁有指紋,這種紋路對於我們的祖先有什麼幫助、才使得這個性徵能夠遺傳到今天呢?

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另外,在我們指紋的下方,還分佈著許多的汗腺,可以分泌出汗液以及脂肪酸。平時我們幾乎感受不到手指尖的汗水,這是因為它分泌的量確實非常少,但絕不是完全沒有。同樣的,我們的祖先也不知道這些液體可以在現代用來幫助警方破案,他們又為何會在手指尖演化出汗腺呢?
多年以來,科學家們一直對指紋脊及其下方密集的汗腺充滿了疑惑,好奇它們在人類或者說整個靈長目動物的生活中到底發揮著怎樣的作用。最近,國外的一組研究人員在《美國科學院院報》(PNAS)上發表論文稱:利用先進的激光成像技術,他們詳細地研究了人類的指紋,更加瞭解的人類指紋的作用。

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(圖片說明:指紋之間分泌的汗水)

把握手中的物品

以往的研究表明,我們的指紋在日常生活中的確有一個非常重要的功能,那就是幫助人類拿住物品。我們知道,兩個物體之間的摩擦力取決於二者之間的相互作用力以及粗糙程度,在握力相同的條件下,指紋脊的紋路自然而然地會提升摩擦係數,幫助靈長類動物更好地抓住自己手中的物品,這和汽車通過防滑鏈防止打滑是一樣的道理。
英國伯明翰大學的化學工程師Mike Adams介紹說:“靈長類動物通過進化在自己的手腳上形成指紋脊,在和固體物品相接觸的時候,指紋脊可以在抓緊和操作一些精細動作起到至關重要的作用。”
而在這個過程中,指尖的汗腺同樣在偷偷地發揮著自己的作用。他們發現,人類指尖的汗腺在分泌體液時,絕不僅僅是只靠溫度來控制的。指尖的汗腺和指紋形成了一個神奇的微調系統,精確地控制著指尖的濕潤程度,這也可以幫助人們實現最大的摩擦力。

Adams繼續介紹說,這些汗腺可以“調節來自於外部環境以及汗腺孔的濕潤程度,從而在最大程度上增加摩擦力,讓我們能夠免於摔得人仰馬翻,也幫助我們更好地拿住那部智能手機”。也就是說,在你讀這篇文章的時候,你的手機能夠不“哧溜”地從你手指尖滑落,要感激你自己的指紋和汗腺。
為了驗證自己的理論,他們一共對6名男性志願者進行了研究。在實驗中,他們要求受試者接觸玻璃,然後通過激光成像進行分析。結果表明,當人類的手指尖接觸堅硬且不透水的物品時,這部分汗腺就會額外分泌出一些體液,提供更高一點的摩擦力,從而更好地握住物品。在分泌出一定量後,汗腺孔就會馬上封閉,防止體液過多反而導致手滑。
神奇的是,我們的指紋脊還能產生加速體液蒸發的效果,這與汗腺孔封閉的能力相結合,實現了對我們指尖汗液量的精準控制。在需要的時候,手指尖就會更濕潤一點(雖然我們未必感覺得到),然後在不需要的時候,可以適當蒸發減少表面的體液。

Adams表示:“這種雙重的水分管理機制,在乾燥和濕潤的環境下都為我們靈長類動物提供了進化的優勢,這種操作和運動的能力,是熊或者大型貓科動物等生物所不具備的。”
人類祖先之所以能夠在險象環生的史前時代生存下來,並且進化成今天的智慧生命,與使用工具有著密不可分的關係。在其他動物還單純憑著自己的力量在自然界生存時,人類已經開始使用石頭和木頭製成武器來戰鬥以及用作生活物品。在使用的過程中,正是凹凸不平的指紋提供了摩擦力,讓我們的祖先在使用工具時遊刃有餘,最終在自然界脫穎而出。

長期以來,科學家們都對指紋的這個功能有所瞭解,但這一項研究告訴我們,連指紋下的汗腺,也能夠發揮類似的作用。在接觸一些光滑、堅硬的物體時,汗腺分泌的體液可以讓我們更好地抓住物體。不論我們的手是干還是濕,憑藉二者結合形成的調控系統,我們都能夠儘量防止手中的物品滑脫,這也是人類祖先相比於其他動物所擁有的優勢。
研究意義

除了告訴我們指紋在人類歷史上發揮的作用之外,該研究還有著其他的價值。對於那些開發智能手機或者是其他類似的經常被人類“玩弄於股掌之間”的日常用品的人來說,這也是一種參考,用來設計更加符合人體工程學的設備。

另外,未來會有越來越多先進的假肢會被開發出來,為有需要的人提供幫助。我們當然希望這樣的假肢越逼真越好,那就要參考人類的指尖,為安裝假肢的人提供必要的摩擦力。同時,通過人造指紋,也可以給安裝假肢者提供虛擬現實的觸覺感受,提高假肢的逼真性。
除了人類使用的假肢之外,在生產車間承擔艱巨任務的機器人、機械臂也同樣需要提供必要的摩擦力,保證零件或者設備不會滑落。
總之,我們的祖先進化出了指紋,必然是有其重要意義的。也許我們瞭解的還不夠多,在未來,科學家也會繼續相關的研究,破解更多祖先留給我們的“超能力”,並且將它們發揚光大。

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