Что делает каждый отпечаток пальца уникальным?

Идея использования отпечатков пальцев в расследованиях преступлений и в качестве средства идентификации людей появилась в конце 1800-х годов. До этого многие культуры знали об уникальности отпечатков пальцев, и даже в древних обществах использовались отпечатки в глине как форма идентификации.

Например, жители Вавилона использовали отпечатки пальцев и глиняные таблички для деловых сделок. Конечно, это не был такой сложный процесс, как сейчас, и люди не осознавали, что отпечатки пальцев абсолютно уникальны и сопровождают человека всю его жизнь. Однако они интуитивно понимали, что в отпечатках есть какое-то значение.

Отпечатки пальцев давно стали неотъемлемой частью работы полиции. Даже если вы никогда не сталкивались с расследованием преступлений, вы, вероятно, видели достаточно фильмов и телешоу, чтобы понять, как этот процесс работает. Подозреваемый оставляет свои отпечатки на месте преступления. Их счищают, анализируют и сравнивают с базой данных, после чего подозреваемого могут арестовать на основе этих доказательств. Поскольку у каждого человека уникальные отпечатки пальцев, можно с уверенностью сказать, что, если отпечаток найден на месте преступления, значит, человек был там. Всё довольно просто.

Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему отпечатки пальцев уникальны? Какую функцию они выполняют и почему они должны быть такими различными у разных людей? Есть несколько интересных объяснений этого феномена, которые связаны с тем, что происходит прямо на ваших пальцах.

Какова роль отпечатков пальцев?

На первый взгляд или при прикосновении может быть трудно понять, для чего вам нужны отпечатки пальцев. Если вы сейчас потрете большой и указательный пальцы, то, вероятно, почувствуете их гладкость. Хотя вы и знаете, что ваши отпечатки есть, вы не ощущаете их текстуры. Но на самом деле текстура отпечатков играет важную роль в восприятии мира.

Долгое время существовала теория, что отпечатки пальцев обеспечивают сцепление. Их сравнивали с рисунком на шинах, предполагая, что они создают трение, благодаря чему можно удерживать предметы.

Однако, когда эту теорию проверили, оказалось, что отпечатки, наоборот, уменьшают трение между пальцами и предметами, которые вы пытаетесь удержать или коснуться. Возможно, отпечатки помогают удерживать предметы в условиях повышенной влажности, но доказать эту теорию оказалось сложнее, чем предполагалось. Нет окончательных данных, подтверждающих это.

Некоторые исследования показывают, что влага действительно может улучшить сцепление. На ваших пальцах есть много потовых желез, и когда вы берете гладкую поверхность, поры на пальцах помогают удерживать необходимое количество влаги, что способствует лучшему захвату. Интересно, что канавки в отпечатках могут помочь удерживать предметы, которые слишком скользкие, отводя грязь и влагу, делая захват легче. Хотя это не гарантирует, что вы сможете удержать предмет, но с отпечатками вам будет легче, чем без них.

Другая теория, которая подтвердилась в ходе тестов, заключается в том, что отпечатки помогают улучшить ощущение осязания. На пальцах есть несколько механорецепторов, которые реагируют на прикосновения. Одни из них, называемые патиканскими тельцами, расположены на глубине 2 мм под отпечатками. При тестировании биомиметических сенсоров, один из которых был гладким, а другой — с рисунком, как на отпечатках пальцев, оказалось, что отпечатки создают вибрации с той же частотой, на которую чувствительны патиканские тельца. Это означает, что отпечатки пальцев делают наши пальцы гораздо более чувствительными к тонким текстурам, чем гладкие. Вибрации были в сто раз сильнее.

Если бы у вас не было отпечатков пальцев, всё, что вы касались, воспринималось бы как если бы вы надевали резиновые перчатки. Ваша способность воспринимать и интерпретировать тактильные ощущения зависит от наличия отпечатков. Оценить, мягкое ли что-то, шероховатое или гладкое, было бы гораздо сложнее без отпечатков.

Действительно ли отпечатки пальцев уникальны?

Многие из нас слышали, что отпечатки пальцев уникальны, и мы уже давно привыкли к этому. Как и снежинки, никто не имеет одинаковых отпечатков. Однако стоит задуматься, что это действительно значит. Вас когда-нибудь отпечатывали? А ваших родителей? Ваших друзей? Если вы возьмете десять человек, то скорее всего, найдете несколько, которых никогда не отпечатывали. Так как же можно утверждать, что все отпечатки уникальны?

Этот вопрос может показаться излишне дотошным, но фактически утверждение о том, что все отпечатки пальцев уникальны, является скорее обобщением, чем доказанным фактом. Принято считать их уникальными, потому что все отпечатки, которые удалось зафиксировать, действительно отличаются. Это логично, и в целом отпечатки кажутся уникальными, но нельзя с полной уверенностью утверждать, что это так, поскольку недостаточно данных, чтобы подтвердить это утверждение.

Эта идея появилась с распространением отпечатков пальцев как метода расследования преступлений. Их рассматривали как неизменную науку, которая не зависела от свидетелей, не уверенных в том, что они видели. Это не требовало предположений. Прокуроры могли представить отпечаток с орудия преступления и отпечаток с подозреваемого на суде и показать их рядом. Это была чистая наука — так это было представлено.

Как наука, отпечатки пальцев должны были быть безошибочными. Это означало, что у каждого человека должны были быть уникальные отпечатки, и эта идея была принята как факт. На протяжении более ста лет это оставалось неизменным. В 1894 году в журнале Scientific American было опубликовано, что вероятность одинаковых отпечатков пальцев у двух людей составляет 1 на 64 триллиона. Это означало, что потребуется более миллиона лет, чтобы кто-то имел идентичные отпечатки, как у вас.

Как отпечатки влияют на расследования

Одной из причин, почему сегодня для расследования преступлений чаще полагаются на ДНК, а не на отпечатки пальцев, является потенциальная проблема с отпечатками. Например, как отличить два отпечатка? Если они сильно отличаются — это не проблема. Но что, если два отпечатка по внешнему виду будут очень похожи? Вы, вероятно, видели в криминальных шоу, как на отпечатке отмечаются маленькие участки, такие как петли и спирали.

Для сопоставления отпечатков нужно найти совпадения, но не везде существуют одинаковые стандарты. В некоторых странах требуется совпадение 12 характеристик, в Великобритании раньше было 16 точек, а в 2001 году стандарты были изменены, разрешив эксперту сам решать, сколько точек использовать, если он может это обосновать. В США стандарты могут варьироваться от округа к округу. Это делает процедуру проверки отпечатков не такой точной, как хотелось бы, и существует критика этого метода как безошибочного.

Однако никогда не было зарегистрировано случаев, чтобы два человека имели одинаковые отпечатки. Следовательно, можно с уверенностью сказать, что отпечатки пальцев уникальны. Даже у однояйцевых близнецов отпечатки пальцев разные. Но отсутствие конкретных стандартов для их сопоставления может привести к тому, что невиновные будут осуждены, а виновные — оправданы, потому что наука не всегда применяется на должном уровне.

Одним из недавних достижений в изучении отпечатков пальцев стало использование искусственного интеллекта для анализа. В 2024 году было обнаружено, что можно выявить сходства между отпечатками пальцев разных пальцев одного человека. Это было открытие, которого не замечали ранее в судебной экспертизе, но компьютер смог проанализировать разные отпечатки и с точностью до 77% определить, принадлежат ли два отпечатка одному и тому же человеку, даже если они принадлежат разным пальцам.

Это не означает, что ваши отпечатки не уникальны. Это просто означает, что отпечатки разных пальцев могут иметь сходства, что раньше не замечалось. Однако это не снижает уникальности отпечатков в целом.

Почему отпечатки пальцев такие разные?

Теперь понятно, зачем нам отпечатки пальцев, но почему они такие уникальные? Не было бы проще, если бы они были более похожими у всех людей? Хотя ваши гены не прилагают усилий, чтобы создать уникальные отпечатки, они всё-таки получают такие особенности, как и полоски на шкурах зебр или пятна у леопардов. Исследования показывают, что отпечатки пальцев начинают формироваться ещё до рождения, на раннем этапе развития эпидермиса. До того как они станут такими, как мы их видим, они напоминают волосяные фолликулы. При активации нескольких генов, работающих по уникальному механизму, начинается формирование отпечатков на пальцах.

Когда гены активируются, они создают так называемый паттерн Тьюринга. Идея Тьюринга заключалась в том, что природные узоры могут образовываться благодаря взаимодействию двух молекул: одна из которых активирует, а другая ингибирует процесс. Они работают в паре, регулируя друг друга, что позволяет создавать определённые узоры. В нашем случае этот паттерн появляется на кончиках пальцев, начиная с зоны около ногтя, затем в центре и в области складки на первом суставе. Эти узоры постепенно распространяются и сливаются, образуя тот уникальный отпечаток, который будет отличаться от всех остальных.

Меняются ли отпечатки пальцев?

Отпечатки пальцев уникальны с момента их формирования, но изменяются ли они со временем? С течением жизни внешность человека изменяется кардинально, так что не изменяются ли отпечатки пальцев?

Да, отпечатки пальцев со временем меняются, как и всё остальное у человека. Однако изменения не настолько значительны, чтобы избавиться от них, например, в случае преступления. Исследования показали, что отпечатки могут немного изменяться за пять лет, но это практически не влияет на их уникальность. Даже спустя 12 лет различия остаются в пределах допустимой погрешности, и компьютеры с лёгкостью их учитывают.

Единственные проблемы могут возникнуть с плохо качественными отпечатками, если это неясный или частичный отпечаток. Но в целом, возраст не влияет на уникальность отпечатков. Ваши отпечатки могут быть временно повреждены, если вы попытаетесь их удалить, но они восстанавливаются, и восстановленные отпечатки будут такими же, как и раньше. В итоге, вы останетесь со своими уникальными отпечатками на всю жизнь.