独⼀⽆⼆的存在
⼈们常说，世上没有两⽚完全相同的树叶。其实，⼈的指纹也同样如此。⼀直以来，指纹的这种独⼀⽆⼆的特性，使它们⻓期被⽤于个⼈身份的识别。过去，科学家们已经提出⼏种不同的理论来解释指纹的形成，⽐如之前有研究认为，基因在指纹的⽣⻓过程中，起到了重要作⽤。然⽽这⽆法解释为什么连同卵双胞胎也拥有不同的指纹。现在，在⼀项新发表于《细胞》杂志的研究中，⼀个研究团队终于揭开了指纹形成的⽣化机制。
他们发现，每个⼈指尖的独特指纹，是由三种信号分⼦，以及⼿指形状和⽪肤⽣⻓时间的细微差异，共同创造的。
三种重要的信号分⼦
我们指尖之上的凹凸纹路，形成于胎⼉发育的早期。⼈们认为，这些微⼩的脊状凸起结构可以增加指尖的抓⼒和敏感度，并且它们的图样可以帮助我们对⼀些发育状况进⾏诊断。根据纹路的图样，指纹主要可以分为三种类型：呈三⻆形的⼸形纹，⻓⻓且弯曲的箕形纹，以及对称的呈圆形的⽃形纹。
成⼈指尖上的⼸形、箕形和⽃形纹。（图/J. GLOVER ET AL/CELL 2023）为了确定在指纹的形成过程中所表达的基因，研究⼈员对⼈类胚胎指尖的细胞核内的RNA进⾏了测序，发现了三种在指导指尖⽪肤的⽣⻓中发挥了重要作⽤的信号分⼦（在细胞之间传递信息的信使）：WNT、BMP和EDAR。这三种信号分⼦共同控制了主要的脊状凸起的形成，衍化出了指纹的波纹结构。
⼩⿏“指纹”带来的启示
为了进⼀步研究这些信号分⼦是如何相互作⽤并形成纹路的，研究⼈员对⼩⿏的“指纹”进⾏了分析。⼩⿏的脚趾⽪肤上也有简单的脊状凸起，可以将其与⼈类的指纹相⽐较。通过控制⼩⿏体内的分⼦⽔平，他们发现，涉及到WNT和BMP这两种信号分⼦的基因，会在发育中的指尖细胞中以交替的条纹形式进⾏表达。当研究⼈员敲除WNT信号分⼦通路时，⼩⿏的脚趾上完全没有形成脊状凸起；⽽当BMP被敲除时，脊状凸起变得更宽了。
⽤简单的话来说，这意味着BMP会抑制细胞⽣⻓，在⽪肤外层形成凹槽；WNT可以让细胞增殖，在⽪肤上形成脊状凸起。与此同时，他们发现EDAR与脊状凸起的粗细和间距有关：增加EDAR会导致⼩⿏的脚趾上出现更粗的、间距更宽的脊状凸起；⽽减少EDAR则会导致⼩⿏的脚趾上出现斑点状的凸起，⽽⾮条纹状的凸起。
时间、位置、形状，都很关键
WNT和BMP的这种对⽴关系，是图灵反应-扩散控制系统的⼀种标志性特征。
这种系统由阿兰·图灵在20世纪50年代提出，它描述了化学物质如何相互作⽤和扩散，解释了⾃然界中出现的那些可⻅模式，⽐如植物叶⽚的排列，热带⻥身上的斑点或条纹等。由于⼩⿏的脚趾太⼩，⽆法形成⼈类指纹那样的精致形状，因此在这项研究中，研究团队需要依靠计算机模型来模拟指纹的图灵斑图的扩散。
已知在⼈类胚胎组织中，主要的脊状凸起始于指尖上的三个位置：柔软隆起的指垫的中⼼，指甲下的⼿指末端，以及最靠近指尖的关节折痕处。于是，研究⼈员模拟了从这三个起始位置开始扩散的图灵斑图。通过让这些扩散起始于相对不同的时间、位置和⻆度，研究⼈员创造出了三种最常⻅的指纹模式——⼸形纹、箕形纹和⽃形纹，甚⾄还得出了⼀些更罕⻅的指纹模式。
这表明，指纹图样的最终整体形状，还取决于⼿指的形状，以及脊状凸起形成的确切时间。这是⼀项⾮常出⾊的研究，是理解指纹图样的⼀个重⼤进步。过去那些对⽪肤纹路的研究往往更多地关注理论和建模⽅法，⽽⾮实验数据。但新的研究利⽤细胞培养技术和其他⽅法来推动了这⼀领域的实验⽅法的发展，⼤⼤地拓展了这⼀领域。让科学家有更多的机会关注隐藏在⽪肤中的这些模式，了解⽪肤的形成和发展。