Tại sao con người có vân tay?

Dấu vân tay là đặc điểm khác biệt của mỗi người, được dùng để nhận dạng và điều tra tội phạm. Bí ẩn từ dấu vân tay đã khiến các nhà khoa học xưa nay luôn tìm kiếm để trả lời câu hỏi tại sao con người lại có vân tay.

Năm 1910, Thomas Jennings chạy trốn khỏi một vụ giết người, nhưng anh ta đã để lại một manh mối: một dấu in vân tay rõ nét trong lớp sơn khô của lan can bên ngoài ngôi nhà nơi anh ta phạm tội. Dấu vân tay của Jennings lần đầu tiên được sử dụng làm bằng chứng trong điều tra tội phạm, và anh ta bị kết án giết người vào năm 1911.

Kể từ đó, dấu vân tay đã tiếp tục là một bằng chứng quan trọng trong các cuộc điều tra pháp y. Những dấu hiệu nhận dạng độc đáo này rất phù hợp với nhiệm vụ phát hiện tội phạm, đến nỗi nó gần như là lý do tại sao chúng tồn tại. Điều này đưa chúng ta đến câu hỏi: Tại sao chúng ta có dấu vân tay, và chúng phục vụ mục đích sinh học nào?

Ngón tay và ma sát

Hóa ra, trong lịch sử, các nhà khoa học đã không đồng nhất quan điểm khi tìm câu trả lời.

Nhà nghiên cứu cơ sinh học Roland Ennos, giáo sư sinh học thỉnh giảng ở đại học Hull ở Anh cho biết: “Có hai luồng ý kiến khác nhau về vân tay rằng chúng có thể giúp chúng ta cầm nắm chắc hơn hoặc nó làm tăng cảm nhận xúc giác”.

Giáo sư Ennos đã dành một phần trong sự nghiệp nghiên cứu của mình để điều tra ý tưởng đầu tiên một cách tỉ mỉ - rằng dấu vân tay giúp chúng ta cầm chặt hơn. Trong một thời gian dài, đây là lý thuyết hướng dẫn rằng các đường rãnh và đỉnh cực nhỏ của dấu vân tay tạo ra ma sát giữa bàn tay của chúng ta và các bề mặt chúng ta chạm vào.

Một bằng chứng để hỗ trợ lý thuyết này là các đầu ngón tay có thể hoạt động giống như lốp cao su trên xe hơi, có tính chất mềm dẻo dễ uốn vặn cho phép chúng phù hợp với bề mặt mà chúng đi qua. Trong lốp xe, độ mềm dẻo này được kết hợp với các ta-lông lốp xe để trang trí bề mặt của chúng - và điều này mở rộng diện tích bề mặt của lốp xe, do đó cũng làm tăng ma sát và lực kéo. Ennos muốn điều tra ý tưởng này bằng một thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

"Chúng tôi muốn xem liệu ma sát ngón tay có gia tăng với khu vực tiếp xúc giống như với lốp xe không", giáo sư Ennos nói. Để tìm hiểu, các nhà nghiên cứu đã kéo một tấm kính perspex (một chất dẻo trong, dẻo, dai) qua các ngón tay của một người, thay đổi lực theo các nỗ lực khác nhau và sử dụng mực vân tay để xác định bao nhiêu phần da thịt chạm vào kính.

Đáng ngạc nhiên, các thí nghiệm này tiết lộ rằng "diện tích tiếp xúc thực tế đã bị giảm bởi dấu vân tay, vì các rãnh không liên lạc với nhau", giáo sư Ennos nói. Nói một cách khác, so với làn da mịn màng bao phủ phần còn lại của cơ thể, "dấu vân tay làm giảm ma sát, ít nhất là trên bề mặt mịn".

Điều này không hoàn toàn làm sáng tỏ ý tưởng rằng vân tay hỗ trợ để bám dính bề mặt. Chẳng hạn, dấu vân tay có thể giúp chúng ta bám chặt các bề mặt trong điều kiện ẩm ướt, giống như các rãnh giữ nước trên lốp xe hơi, để ngăn ngón tay trượt trên bề mặt. Tuy nhiên, ý tưởng này khó kiểm tra hơn vì khó có thể bắt chước một cách hoàn hảo hành vi của dấu vân tay của con người trong những điều kiện này, Ennos nói.

Nhưng cũng có một lý thuyết khác: vai trò của dấu vân tay trong sự hỗ trợ xúc giác.

Xúc giác siêu việt

Vài năm trước, nhà sinh vật kiêm vật lý học Georges Debrégeas, Đại học Sorbonne, Paris, đã suy nghĩ về việc tìm ra lý do tại sao chúng ta có dấu vân tay, và ông quyết định tìm hiểu về vai trò của vân tay với xúc giác. Ngón tay của chúng ta chứa bốn loại cơ chế để đáp ứng với kích thích cơ học như đụng chạm. Ông Debrégeas đặc biệt tò mò về một loại cơ chế đặc biệt - tiểu thể Pacinian (các thụ thể xúc gíác trong da) - xảy ra khoảng 2 mm dưới bề mặt da ở đầu ngón tay.

"Tôi đã quan tâm đến các tiểu thể Pacinian bởi vì chúng tôi biết, từ các thí nghiệm trước đó, các thụ thể cụ thể này làm trung gian cho nhận thức về kết cấu tốt," ông Debrégeas nói.

Những cơ chế này đặc biệt nhạy cảm với những rung động nhỏ có tần số chính xác - 200 Hz - và do đó giúp cho đầu ngón tay của chúng ta có độ nhạy cực cao. Ông Debrégeas tự hỏi liệu dấu vân tay có giúp tăng cường độ nhạy này không.

Để tìm hiểu, ông và các đồng nghiệp đã thiết kế một cảm biến xúc giác sinh học. Đó là một cỗ máy giống với cấu trúc của ngón tay người, với các cảm biến sẽ phát hiện các rung động tương tự như cách mà các tiểu thể Pacinian làm. Một phiên bản của thiết bị này rất trơn mượt và một phiên bản khác có hoa văn gồ ghề trên bề mặt bắt chước dấu vân tay của con người. Khi di chuyển trên một bề mặt, thiết bị có bề mặt gồ ghề mang lại một khám phá hấp dẫn: các đường vân trên cảm biến khuếch đại tần số rung động chính xác khiến các tiểu thể Pacinian rất nhạy cảm với nó.

Hoạt động mô phỏng cho các ngón tay của con người, thiết bị này cho thấy rằng dấu vân tay của chúng ta sẽ chuyển các rung động chính xác này đến các cảm biến bên dưới da. Bằng cách khuếch đại thông tin cảm giác một cách chi tiết và rõ ràng, có thể kết luận dấu vân tay làm tăng độ nhạy xúc giác của chúng ta. "Việc có dấu vân tay làm thay đổi hoàn toàn bản chất của các tín hiệu", ông Debrégeas nói.

Trong hàng nghìn năm qua, bàn tay của con người là những công cụ quyết định trong việc tìm kiếm thức ăn và ăn thực phẩm, bàn tay cũng giúp con người khám phá thế giới. Sự nhạy cảm của ngón tay giúp chúng ta phân loại thực phẩm, tránh được thực phẩm hỏng hoặc bị nhiễm bệnh.

Ông Debregéas cũng lưu ý rằng mối quan hệ giữa dấu vân tay và tiểu thể Pacinian cũng tồn tại ở các động vật khác như tinh tinh và gấu túi. Độ nhạy xúc giác của tay giúp chúng tìm thức ăn.

Tuy nhiên, ông Debregéas nhấn mạnh rằng thí nghiệm của ông không phải là bằng chứng cho thấy dấu vân tay phát triển chỉ cho mục đích này. Nhưng "có vẻ như mọi thứ lại phù hợp”, ông nói.

Chưa thể có câu trả lời cuối cùng

Mặc dù vậy, ông Debrégeas thực sự nghĩ rằng dấu vân tay có thể phục vụ cả hai mục tiêu cảm ứng và độ bám. “Lý do chúng ta rất giỏi trong việc điều khiển và xử lý mọi thứ là bởi vì chúng ta có xúc giác tinh tế này. Đó là một vòng phản hồi liên tục giữa những gì chúng ta chạm vào và những gì chúng ta cảm nhận”, ông giải thích. Điều đó “cho phép chúng ta điều chỉnh sức mạnh trong thời gian thực để nắm chặt đối tượng”.

Ví dụ, nếu có thứ gì đó trượt trong khi bạn giữ nó, bạn cần có khả năng phát hiện sự thay đổi trên bề mặt của nó bằng các đầu ngón tay nhạy cảm để duy trì độ bám. Vì vậy, ông Debrégeas nghĩ rằng có thể xúc giác tốt của chúng ta và khả năng cầm nắm chính xác thực sự phát triển cùng nhau.

Còn giáo sư Ennos suy nghĩ về một lời giải thích khả dĩ khác: ông tin là dấu vân tay có thể ngăn ngừa sự phồng rộp. "Một ý tưởng cuối cùng tôi ủng hộ là các đường vân giúp củng cố lớp da theo một số hướng và giúp nó chống việc bị phồng rộp, trong khi vẫn cho phép nó căng ra theo các góc, nhờ vậy da duy trì sự tiếp xúc", ông nói. "Ở đây có một chút giống như sự gia cố trong lốp xe".

Có vẻ như mặc dù vân tay cung cấp bằng chứng pháp y không thể bác bỏ cho các thám tử và cảnh sát, nhưng cho đến nay, dấu vân tay của con người vẫn còn là một điều bí ẩn.