Tại sao con người có vân tay?

Năm 1910, tên tội phạm Thomas Jennings chạy trốn khỏi hiện trường một vụ giết người, nhưng hắn ta đã để lại một manh mối có thể tố cáo tội ác của mình. Đó là một dấu vân tay rõ nét in trên lớp sơn mới khô của lan can ở phía ngoài ngôi nhà nơi anh ta gây án. Dấu vân tay của Jennings là dấu vân tay đầu tiên trên thế giới được sử dụng làm bằng chứng trong một cuộc điều tra tội phạm, và anh ta cuối cùng bị kết án tử hình vì tội giết người vào năm 1911.

Kể từ đó, dấu vân tay tiếp tục được coi là bằng chứng quan trọng trong các cuộc điều tra pháp y. Nó là dấu hiệu nhận dạng riêng biệt, mang tính đặc thù của mỗi người. Vì vậy, các nhà điều tra thường xuyên sử dụng kỹ thuật giám định vân tay tại hiện trường vụ án để tìm ra kẻ phạm tội.

Vậy tại sao con người có vân tay, và chúng phục vụ cho mục đích sinh học nào? Trong lịch sử, các nhà khoa học đã có nhiều bất đồng quan điểm khi tìm kiếm câu trả lời cho câu hỏi nói trên.

“Các chuyên gia đề xuất hai luồng ý kiến khác nhau về vân tay. Nó làm tăng độ ma sát của các đầu ngón tay, hoặc giúp cải thiện cảm nhận xúc giác”, Roland Ennos, nhà sinh học tại Đại học Hull ở Vương quốc Anh, cho biết.

Ennos đã dành phần lớn sự nghiệp của mình để nghiên cứu ý tưởng đầu tiên. Nhiều người trước đó cho rằng vân tay giúp chúng ta cầm nắm các đồ vật tốt hơn. Các rãnh cực nhỏ và đường gợn sóng của vân tay tạo ra lực ma sát lớn giữa ngón tay và những bề mặt chúng ta chạm vào. Trong suốt một thời gian dài, đây là lý thuyết nổi bật nhất và được nhiều người ủng hộ.

Một bằng chứng ủng hộ lý thuyết này là các đầu ngón tay có thể hoạt động giống như lốp cao su của ô tô. Lốp xe có tính chất mềm dẻo, cho phép chúng thay đổi hình dạng để phù hợp với bề mặt của con đường mà xe di chuyển qua. Đặc tính mềm dẻo này còn được kết hợp với các rãnh ngang, dọc ở mặt ngoài của lốp. Các rãnh giúp làm tăng diện tích bề mặt lốp xe, do đó cũng làm tăng ma sát và độ bám đường.

Nhưng thực tế lại không đúng như vậy. Ennos quyết định tiến hành một thử nghiệm trong phòng thí nghiệm để kiểm tra xem lực ma sát giữa ngón tay và bề mặt mà nó tiếp xúc có tăng lên giống như trường hợp của lốp xe hay không. Ông và cộng sự đã kéo một tấm nhựa acrylic trượt qua các đầu ngón tay của một tình nguyện viên. Họ thay đổi lực kéo qua các lần thử khác nhau và sử dụng mực lấy dấu vân tay để xác định xem có bao nhiêu diện tích da chạm vào tấm nhựa.

Kết quả Ennos thu được có phần gây bất ngờ. “Thí nghiệm của chúng tôi tiết lộ rằng diện tích tiếp xúc thực tế đã bị giảm do vân tay, bởi vì phần lõm xuống giữa hai rãnh của vân tay không tiếp xúc trực tiếp với bề mặt tấm nhựa”, Ennos cho biết. “Nói cách khác, so với lớp da mịn bao phủ trên phần còn lại của cơ thể, vân tay sẽ làm giảm ma sát, ít nhất là khi chạm vào các bề mặt nhẵn”.

Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn phủ nhận giả thuyết cho rằng vân tay hỗ trợ chúng ta cầm nắm các đồ vật tốt hơn. Một số người tin rằng vân tay có thể giúp tay chúng ta bám vào các bề mặt trong điều kiện ẩm ướt. Khe hẹp giữa các đường vân tay là đường dẫn để nước thoát ra ngoài giống như rãnh trên lốp xe ô tô, ngăn tay chúng ta không bị trượt trên bề mặt của một vật thể bị ướt. “Tuy nhiên, giả thuyết này khó thử nghiệm hơn bởi vì rất khó bắt chước hoàn hảo hành vi của vân tay con người trong điều kiện ẩm ướt”, Ennos nói.

Nhưng có một giả thuyết khác, liên quan đến vai trò của vân tay trong việc hỗ trợ xúc giác.

Vài năm trước, Georges Debrégeas – nhà vật lý và sinh học tại Đại học Sorbonne ở Paris – đã suy nghĩ về việc tại sao chúng ta có vân tay, và ông quyết định tìm hiểu vai trò của vân tay đối với xúc giác. Ngón tay của chúng ta chứa bốn loại thụ thể cảm nhận cơ học, hoặc các tế bào phản ứng với kích thích cơ học như sờ, đụng, chạm. Debrégeas khá tò mò về một loại thụ thể đặc biệt gọi là tiểu thể pacini. Chúng tồn tại ở độ sâu khoảng 2 mm dưới bề mặt da ở đầu ngón tay.

Các tiểu thể pacini nhạy cảm với những rung động nhỏ có tần số chính xác, đặc biệt là ở tần số 200 hertz], vì vậy chúng giúp đầu ngón tay của chúng ta có độ nhạy cực cao. Debrégeas muốn biết liệu vân tay có tăng cường độ nhạy này hay không.

Để tìm hiểu, Debrégeas và cộng sự đã thiết kế một loại cảm biến xúc giác sinh học mô phỏng cấu trúc ngón tay người. Nó có thể phát hiện những rung động giống như cách mà các tiểu thể pacini thực hiện. Một phiên bản của thiết bị này có bề mặt mịn và một phiên bản khác có vân trên bề mặt giống như vân tay của con người. Khi trượt trên một mặt phẳng, cảm biến chứa các đường vân gồ ghề đã khuếch đại tần số rung động, khiến tín hiệu thu được mạnh hơn nhiều so với cảm biến có bề mặt mịn.

Thí nghiệm của Debrégeas cho thấy vân tay sẽ chuyển các rung động đến những thụ thể cảm nhận cơ học bên dưới da. Bằng cách khuếch đại thông tin cảm giác một cách chi tiết và rõ ràng, vân tay làm tăng độ nhạy xúc giác của chúng ta lên gấp nhiều lần. “Vân tay trên da hoàn toàn làm thay đổi bản chất của các tín hiệu”, Debrégeas nói.

Vậy khi sở hữu những đầu ngón tay nhạy cảm, con người có lợi ích gì? Trong suốt hàng nghìn năm, bàn tay của chúng ta là công cụ quan trọng để tìm kiếm, cầm nắm thức ăn, và giúp chúng ta khám phá thế giới. “Sự nhạy cảm của ngón tay mang đến nhiều lợi thế về mặt tiến hóa, bởi vì nó giúp chúng ta lựa chọn các loại thức ăn phù hợp, tránh được những thực phẩm bị thối rữa hoặc nhiễm khuẩn”, Debrégeas giải thích.

Debregéas lưu ý, sự phối hợp giữa vân tay và các tiểu thể pacini cũng tồn tại ở các loài động vật khác như tinh tinh và gấu túi. Chúng dựa vào độ nhạy của xúc giác để tìm thức ăn.

Debregéas nhấn mạnh rằng thí nghiệm của ông không phải là bằng chứng cho thấy vân tay phát triển chỉ nhằm phục vụ mục đích này. Thay vào đó, nó có thể phục vụ cả hai chức năng: tăng cường độ nhạy của xúc giác và cải thiện khả năng cầm nắm. “Lý do khiến chúng ta rất giỏi trong việc thao tác và xử lý mọi thứ là vì chúng ta có xúc giác tinh tế – một vòng phản hồi liên tục giữa những gì chúng ta chạm vào và những gì chúng ta cảm thấy”, Debregéas giải thích. “ Điều đó cho phép chúng ta điều chỉnh lực tác động trong thời gian thực để nắm chặt các vật thể”.