指纹独特的弓型、环型和螺旋型图案是在胎儿发育过程中，由指尖上微小脊状波纹扩散后相互碰撞形成的。这与斑马产生条纹或猎豹产生斑点的过程类似。

指纹由脊状纹路扩散、碰撞形成。图片来源：Tek Image/Science Photo Library

一项2月9日发表于《细胞》的研究表明，两种蛋白质之间的相互作用（一种刺激脊纹形成，另一种抑制脊纹形成）会产生周期性脊纹，后者出现在指尖的3个不同区域。脊纹间碰撞和这3个区域的精确位置产生了指纹的独特图案。研究合著者、英国爱丁堡大学发育生物学家Denis Headon说：“要形成不同的弓型、环型和螺旋型，关键不仅在于分子成分，还在于它们是如何在手上分布的。”

指纹可增加指尖的摩擦力和灵敏度，且长期以来一直被用于识别个体和诊断一些发育状况。去年，Headon等研究了影响指纹形状的基因，其中许多与肢体发育有关。它们似乎为指纹的形成奠定了基础，但其中许多基因在指纹形成过程中并不活跃，表明它们并没有直接参与指纹中脊的形成。

为了解更多关于指纹图案的信息，Headon等研究人员追踪了指纹在胎儿发育过程中是如何形成的。解剖学研究和基因活性分析表明，形成脊纹的细胞遵循一种最初模仿毛囊的发育路径。但是，与毛囊的基因活动模式不同，脊细胞无法吸收皮肤表面下更深层的细胞。

这些分析支持了“图灵反应-扩散系统”的存在。当激活发育过程的分子同时刺激自身和一种抑制分子时，就会创建这种系统。西班牙坎塔布里亚生物明升手机版与生物技术研究所的发育生物学家Marian Ros表示，这是一个能创造周期性图案的自组织系统。

1952年，数学家艾伦·图灵提出了该系统，将其作为发育过程的明升手机解释，例如植物叶子的排列或小型水生生物水螅的触须。从那时起，图灵反应-扩散机制就被认为有助于建立各种人类熟悉的生物景象，包括一些热带鱼鲜艳的鳞片和鸟类的羽毛图案。

为找到指导形成指纹图案的分子，Headon等研究了小鼠脚趾上的脊，以及三维培养的人类细胞。他们发现，一种名为WNT的蛋白质，在毛囊发育过程中起着重要作用，能刺激脊纹的形成。另一种名为BMP的蛋白质则会抑制它们，从而形成图灵反应-扩散系统。

脊状波纹来自3个区域：指尖、指尖中心、指尖底部的褶痕（手指弯曲的地方）。Headon团队在这3个区域改变了脊纹起源的时间、角度和精确位置，并创建了弓型、环型和螺旋型图案。美国南加利福尼亚大学的发育生物学家Cheng Ming Chuong说：“这些波纹会相互碰撞并产生漩涡，这有助于指纹图案多样性的形成。”

Chuong指出，过去对皮肤皱纹（如指纹）的研究往往更侧重于理论和建模方法，而不是实验数据。但最新的研究利用了细胞培养技术及其他方法推动这一领域的研究。他说：“这项研究开拓了这一领域，现在人们可能会更多地关注我们皮肤上这些隐藏的图案。”