陈根：指纹中藏匿的基因奥秘

文/陈根

在《细胞》的最新研究中，来自国际不同地区的合作团队共同揭开了指纹形成之谜。在这指纹背后，都承载着人类怎样的奥秘呢？

独一无二的指纹印鉴

作为世界历史上最早使用指纹的国家，中国早在几千年前，便发现了指纹的独一无二特性。据《周礼》记载，“以质剂结信而止讼”，这里的“质剂”指的是买卖双方在签订的文书上按上手印，作为彼此信任的凭证。因为在全世界70多亿人中，没有一模一样的指纹，即使是同卵双胞胎也有着不同的指纹。

那么，人类的指纹为什么会各不相同呢？

这个谜团的答案与上世纪50年代，数学家Alan Turing提出的图灵反应扩散系统如出一辙，这种系统可以作为发育过程中的一种化学解释，即特定区域的发育会涉及刺激生长的分子和抑制生长的分子，并且它们会交错进行。

我们可以将其理解为“激活剂”和“抑制剂”，比如小鼠口腔上颚的脊状突起就被证实是成纤维细胞生长因子充当激活剂，Shh蛋白充当抑制剂形成的模式，所以会形成有地方凸出，有地方凹陷的结构。

指纹也是如此，如果你拿起手掌仔细观察，你会发现它是一层脊状凸起接一层平整区域的模式，像水波一样层层推进。

指纹图案独特性的发育形成

新研究的通讯作者Denis Headon博士曾发现一些基因与指纹形成有关，这些基因大部分参与了肢体发育，但具体哪些是指纹形成必需的还不清楚。

这一次，他和同事对胚胎小鼠脚趾上的发育过程进行了细致分析，尤其是关于脊状凸起是如何产生的，哪些基因是必不可少的？除此之外，他们还搭配了人类细胞的3D发育模型进行验证。

根据研究结果显示：指纹的发育同样由“激活剂”和“抑制剂”来完成，其中WNT蛋白负责造成细胞形成指纹脊，而另一种BMP蛋白则会抑制指纹脊，形成一层层“水波”状结构。而且，指纹脊具有3个起始位置，朝着不同的方向发育扩散；3个位置的大方向分别位于指尖（朝内侧推进），指头中心（朝四周推进）和第一个指节边缘（朝上推进）。

指纹脊从3个地方起源并发展，最后碰撞形成独一无二的指纹图案。

在这个过程中，不同来源的细胞相遇后，会不断相互挤压。“它们最终碰撞到一起，形成特殊的湍流，这有助于创造出指纹图案的多样性”，南加州大学的发育生物学家Cheng-Ming Chuong博士表示。除了碰撞过程随机，胎儿在子宫中手指的摆放与位置也是随机的，这些都给了指纹形成极大的随机性。

指纹对先天疾病的早筛

通过对人体外部特征与遗传基因的深入研究发现，指纹将在先天疾病早筛、人体病变预防、职业体质选拔等各领域发挥非常重要价值作用。以唐氏综合征为例，如果在一个婴儿出生后采集到他的指纹特征，可以有98%的准确率判断出这个婴儿是否患有唐氏综合征。在零岁时发现和两岁时发现，干预效果将非常不同，可能是患者日后生活能否自理的差异。