Как формируются отпечатки пальцев? И почему они разные даже у близнецов?
Не существуют двух одинаковых отпечатков пальцев. Именно эта особенность делает их такими полезными для полиции и смартфонов, позволяя точно идентифицировать людей. Предыдущие исследования показали, что гены играют роль в том, как формируется сложный рисунок борозд и выпуклостей на кончиках наших пальцев. Так почему же у однояйцевых близнецов отпечатки все равно отличаются? Разбираемся.
Как классифицируют отпечатки?
Неровные поверхности пальцев улучшают сцепление и встречаются у людей и лазающих видов, например, коал и шимпанзе. Они также помогают нам почувствовать разницу между текстурами.
Отпечатки формируются относительно рано в развитии плода, начиная примерно с 13-й недели беременности, когда на кончиках пальцев образуются углубления. Они развиваются в три основных узора: симметричные круговые образования, называемые «завитками»; более длинные изогнутые узоры, называемые «петлями»; и треугольные гребни, известные как «арки».
Ученые идентифицировали несколько генов, влияющих на то, какие узоры появляются на отпечатках пальцев человека, но биохимические механизмы, управляющие образованием этих рисунков, долгое время казались неуловимыми. Чтобы пролить свет на эту загадку, Денис Хедон, генетик из Эдинбургского университета, и его коллеги секвенировали РНК внутри ядер клеток кончика пальца человеческого эмбриона, чтобы идентифицировать гены, экспрессирующиеся во время развития.
От чего зависит рисунок отпечатка?
Гены открыли три различных сигнальных пути — семейства белков, передающих инструкции между клетками, — каждый из которых играет роль в управлении ростом кожи на кончиках пальцев. Гены, участвующие в двух из этих сигнальных путей, известных как WNT и BMP, экспрессируются в чередующихся полосах клеток в развивающихся кончиках пальцев, создавая то, что в конечном итоге станет бороздками и выпуклостями отпечатка. Третий фактор — EDAR — экспрессируется наряду с WNT в развивающихся бороздках.
Мыши также имеют простые узоры гребней на пальцах. Когда исследователи искусственно подавили сигнальные пути у животных, они обнаружили, что сигналы WNT и BMP работают противоположным образом. WNT, по-видимому, стимулирует рост клеток, создавая выпуклости во внешнем слое кожи, тогда как BMP подавляет рост, образуя борозды. Сигналы EDAR, в свою очередь, помогают определить размер и расстояние между выпуклостями. Например, когда исследователи отключили путь WNT, пальцы вообще не образовали гребней, тогда как удаление BMP сделало гребни шире. В то же время у мышей, несущих мутацию, подавляющую активность EDAR, на пальцах вырастали завитки, а не полосы.
В конечном счете, три сигнальных пути работают вместе, чтобы контролировать формирование первичных гребней, которые превращаются в гофрированную структуру пальцев.
С мышами понятно. А что насчет людей?
Противоположная взаимосвязь между WNT и BMP в кончиках пальцев человека характерна для паттернов Тьюринга, в которых различные, перекрывающиеся химические активности приводят к возникновению сложных рисунков. Они широко распространены в природе и приводят к полосам и пятнам, наблюдаемым на шерсти животных и чешуе тропических рыб. Индивидуальная уникальность отпечатков пальцев обусловлена мельчайшими элементами узора. Паттерны Тьюринга легко создают такой мелкомасштабный узор.
Но общая форма рисунка отпечатка — будет ли он заканчиваться завитком, петлей или аркой — зависит от анатомии пальца и точного времени формирования гребня. Исследователи обнаружили, что в тканях эмбриона человека первичные гребни начинают формироваться в трех местах: в центре мягкой приподнятой подушечки пальца плода, на конце под ногтем и в складке сустава, где сгибается палец. От этих трех мест гребни распространяются по кончику пальца, как волны.
Анатомия пальца помогает направить характер роста клеток. Если подушечки большие и симметричные и на них рано начинают формироваться гребни, они имеют тенденцию к образованию завитка. Если подушечки длиннее и асимметричны, они образуют петлю. Если на подушечке просто не образуются гребни или начинают формироваться на поздних стадиях развития, то полосы из складки и ногтя встречаются посередине, образуя дугу.
