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正在看手機(jī)的你，有沒有想過：

為什么我們的手指并沒有很用力，就能牢牢地握住手機(jī)？

為什么手機(jī)屏幕和智能鎖，手指一碰就可以解鎖？

這些都離不開一樣人類身上進(jìn)化已久、熟悉到快要被忽視的東西——指紋。

今天就來(lái)告訴你，關(guān)于指紋背后的奧秘。

指紋是我們皮膚的一部分，是真皮組織向表皮的突起[1]。而在指紋內(nèi)部，還藏著許多汗腺。

我們知道，粗糙的表面能夠增加摩擦力；但是如果接觸面有液體，摩擦力就會(huì)減小、變得很滑。

那么，當(dāng)我們拿東西時(shí)，指紋到底是怎么起作用的呢？

2020年11月30日，一篇發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上的研究[2]揭示了其中的秘密。

（來(lái)源：pnas.org）

來(lái)自英國(guó)和韓國(guó)的科學(xué)家們運(yùn)用先進(jìn)的光學(xué)成像、紅外譜域光學(xué)相干斷層掃描（IR-OCT）等技術(shù)，對(duì)“手指抓握玻璃杯”的過程進(jìn)行了觀察。

他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)比較干燥的指尖碰到玻璃表面時(shí)，指紋里的汗腺就會(huì)分泌汗液，讓皮膚表面充分水合。

“水合”的意思，其實(shí)是“皮膚表層的角質(zhì)細(xì)胞與水的結(jié)合”。簡(jiǎn)單說(shuō)，就像海綿吸水的過程。

（來(lái)源：見水?。?/p>

經(jīng)過汗液水合后的表層細(xì)胞會(huì)變得更加飽滿，增加了皮膚和玻璃杯的接觸面積和摩擦力，幫助我們更好地握住它。

（A~C：指紋按在光滑玻璃上的圖像；D：指紋表皮內(nèi)的螺旋形汗腺導(dǎo)管圖像。

來(lái)源：文獻(xiàn)[2]）

當(dāng)指尖和玻璃杯的接觸面夠大時(shí)，玻璃表面就會(huì)完全覆蓋汗腺出口，阻擋汗液流出。

然后，汗腺的分泌隨之減少，這樣能防止過多的汗水使指尖打滑，避免玻璃杯稀碎“葬身”現(xiàn)場(chǎng)。

那天生愛出汗的人可怎么辦？咱可是見過某些同學(xué)由于考試時(shí)太緊張，整張卷子濕了再干、被弄得皺皺巴巴的樣子。

別急，科學(xué)家對(duì)于潮濕狀態(tài)下的指尖也進(jìn)行了分析。

當(dāng)指紋間的汗液過多，這時(shí)“蒸發(fā)系統(tǒng)”就開始工作了。

借助指紋間凹槽留出來(lái)的空隙，汗水和空氣接觸面增大，就可以幫助水分快速蒸發(fā)，讓指尖和玻璃表面的摩擦力處于最佳狀態(tài)。

（潮濕狀態(tài)下，指紋中汗水在180秒內(nèi)蒸發(fā)變干的過程。A：指紋接觸面的光學(xué)圖像；D：指紋凹槽內(nèi)的水分變化橫截面，來(lái)源：文獻(xiàn)[2]）

所以，當(dāng)我們的手指接觸到玻璃、金屬這類質(zhì)地堅(jiān)硬又不容易透水的東西時(shí)，無(wú)論指尖是干還是濕，分泌系統(tǒng)和蒸發(fā)系統(tǒng)都會(huì)完美配合，確保我們能抓握物體、進(jìn)行靈活的操作。

（手指接觸玻璃時(shí)，指紋凹槽內(nèi)汗液分布的模擬圖。來(lái)源：文獻(xiàn)[2]，騰訊醫(yī)典翻譯）

說(shuō)到這，你可能會(huì)聯(lián)想到另一個(gè)現(xiàn)象——

當(dāng)我們的手指和腳趾泡在水里，久了以后會(huì)起皺。

沒錯(cuò)！有研究認(rèn)為，這也是為了提高手腳在水中的抓地能力[15]。

看完結(jié)論，終于知道為什么我們的手指能牢牢握住手機(jī)，而不用時(shí)時(shí)擔(dān)心它掉地上碎屏了~

（友情提示：手滑星人可能是手汗過多，也可能就是手指不太聽使喚……建議自備防滑手機(jī)殼、懶人支架以及擦手紙巾。來(lái)源：soogif）

這項(xiàng)研究在仿生應(yīng)用方面，也給人類帶來(lái)了更多新的靈感。比如：

設(shè)計(jì)出更加高效的觸覺傳感器（讓我們更順暢地刷觸屏）；

利用指紋的抓握原理，制造更加逼真的假肢和機(jī)器人；

研發(fā)更加靈敏的紡織品檢測(cè)設(shè)備（媽媽再也不用擔(dān)心我不會(huì)挑布料啦）。

好奇的你可能會(huì)想：

既然汗液會(huì)蒸發(fā)，那物品表面的指紋為什么還能留下痕跡、成為證據(jù)呢?

（來(lái)源：soogif）

其實(shí)，手指分泌的汗液除了水分，還有少量的蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽、油脂等。這些物質(zhì)不僅會(huì)讓汗液粘稠，也讓灰塵和小顆粒容易附著。

所以，對(duì)于塑料、玻璃、金屬、瓷磚等堅(jiān)硬、不透水的物品，刑偵人員會(huì)用一些特殊的粉末（如色差明顯的粉末或者鐵粉）撒在表面，這樣就可以提取指紋了。

對(duì)于質(zhì)地較軟或容易吸水的物品，又該怎么辦？

這就需要根據(jù)物體本身的物理化學(xué)性質(zhì)，讓指紋現(xiàn)出原形。

比如在疑似有指紋的紙張上，用碘蒸氣熏蒸，就可以看到變成棕色的指紋，這就是“碘蒸法”；與此類似的還有“硝酸銀法”。

（織物表面的指紋提取。來(lái)源：上海紀(jì)實(shí)頻道《真實(shí)第25小時(shí)：殘缺的指紋》）

隨著技術(shù)的發(fā)展，一些化學(xué)手段不易檢測(cè)出的陳舊指紋，應(yīng)用先進(jìn)的光學(xué)儀器再輔助計(jì)算機(jī)識(shí)別手段，也可以讓指紋“顯形”[3]。

“一斗窮，二斗富，三斗四斗賣豆腐，五斗六斗開當(dāng)鋪，七斗八斗把官做，九斗十斗享清?！?/p>

小時(shí)候，你有沒有聽過這樣的順口溜，還挨個(gè)掰著手指頭看指紋，找斗找簸箕的？請(qǐng)舉手~

這里的斗和簸箕，還真有科學(xué)的分類標(biāo)準(zhǔn)！

在19世紀(jì)80年代，弗朗西斯·高爾頓爵士在自己的著作中首次提出了指紋分類法[4]，他將指紋分為三大類：斗形紋，箕形紋和弧形紋，以及相應(yīng)的亞型。隨著指紋應(yīng)用的增多，分類方法也各有不同。

箕形、斗形和弧形

（來(lái)源：文獻(xiàn)[5]）

有研究發(fā)現(xiàn)，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]。

據(jù)此推測(cè)，帶“斗”的人可能天生就比帶“簸箕”的少。

那么，順口溜里說(shuō)的帶“斗”越多越“命好“，也許只是物以稀為貴的心理預(yù)設(shè)罷了。相信這個(gè)說(shuō)法的人，也會(huì)不自覺地向它歸因、靠攏（跟“耳垂大有福氣” ”找到四葉草有好運(yùn)“類似）。

當(dāng)我們還是胎兒時(shí)，在媽媽肚子里3個(gè)月左右，指紋就已經(jīng)形成了[9]。

指紋的基本紋路由基因決定，所以不同人的指紋也不相同。哪怕是同一個(gè)人，10個(gè)指頭的指紋也是互不相同的。

那么，有一類特殊人群——同卵雙生的雙胞胎（二人由同一個(gè)受精卵分化而來(lái)），他們的基因一模一樣，指紋還會(huì)不同嗎？

答案是：也不相同。

研究發(fā)現(xiàn)[6]，盡管同卵雙胞胎指紋發(fā)育的起點(diǎn)一樣，生長(zhǎng)過程卻不盡相同。

比如胎兒周圍的羊水、胎兒在子宮內(nèi)的姿勢(shì)等，都會(huì)影響指紋的形成。所以“撞”指紋的情況是不會(huì)發(fā)生的！

在偵探小說(shuō)里，經(jīng)常有“犯罪分子用菠蘿汁讓指紋消失”的情節(jié)。這在現(xiàn)實(shí)中會(huì)發(fā)生嗎？

的確，菠蘿里的蛋白酶會(huì)降解蛋白質(zhì)，“咬”我們的舌頭，放在肉里也會(huì)讓肉質(zhì)變嫩。

但有人實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，頻繁接觸菠蘿汁只會(huì)讓指紋暫時(shí)不太明顯，關(guān)鍵是手指還會(huì)脫皮、燒灼疼痛（碰到床單都痛，無(wú)疑增加了作案難度）！就算是切菠蘿的工人，也要一直要戴手套。

（手指每天泡兩次菠蘿汁，8天后的變化。來(lái)源：視頻博主Tom Scott[13]）

早在1935年，就有專家研究過“將酸涂在手指上的指紋變化“，結(jié)果發(fā)現(xiàn)指紋并沒有完全被破壞，周圍的一圈照樣能鑒別出來(lái)[14]。

(20世紀(jì)初美國(guó)劫匪約翰·迪林杰經(jīng)酸處理后的指紋。來(lái)源：文獻(xiàn)[14]，騰訊醫(yī)典翻譯)

要想真的消除指紋，起碼要達(dá)到1毫米的深度、范圍也要更大，不然都會(huì)長(zhǎng)回原狀。

不過，世界上還真有一類人無(wú)法通過指紋追查到——那就是皮紋病患者[11]。

這是一種罕見病。他們生來(lái)就沒有指紋，手指光溜溜的（辦各種證件錄指紋可是個(gè)大難題）。好在，這個(gè)病對(duì)身體健康沒有特別大的影響。

神奇的是，他們拿東西時(shí)并不會(huì)“手滑”。因?yàn)槭终颇_掌變厚了、而排汗能力略有下降，同樣能產(chǎn)生跟常人差不多的抓握摩擦力。

另外，抗腫瘤的化療藥物“卡培他濱”也會(huì)導(dǎo)致指紋變淺、消失，停藥2~4周后可恢復(fù)。

（一位57歲乳腺癌女患者使用卡培他濱后的大拇指。來(lái)源：文獻(xiàn)[12]）

小小指紋學(xué)問大，奇怪的知識(shí)又增加了。

特約作者：加加 | 澳門科技大學(xué)藥理學(xué)博士

審稿專家：張洪濤（筆名一節(jié)生姜） | 美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理及實(shí)驗(yàn)醫(yī)藥系研究副教授

參考文獻(xiàn)

[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, 白雅飛. 試分析刑偵技術(shù)中指紋痕跡的檢驗(yàn)[J]. 法制博覽, 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]劉潤(rùn)東. 基于 Bresenham 算法的指紋 ab 嵴線數(shù)計(jì)算方法研究[D]. 云南大學(xué), 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.