Welche Funktion haben epidermale Grate an menschlichen Fingern (die Fingerabdrücke erzeugen)?

Ich fand viele plausible Behauptungen, dass Fingerabdrücke die Reibung erhöhen. Der folgende Artikel behauptet jedoch, zumindest unter ihren experimentellen Bedingungen, dass Fingerabdrücke tatsächlich die Reibung mit glatten Oberflächen verringern, indem sie die Kontaktfläche verringern.

Es ist unwahrscheinlich, dass Fingerabdrücke die Reibung der Fingerkuppen von Primaten erhöhen.

Es wird allgemein angenommen, dass Fingerabdrücke den Griff von Primaten verbessern, aber die Effizienz ihrer Riffelung hängt von der Art des Reibungsverhaltens der Haut ab. Rippen würden die Reibung für harte Materialien effektiv erhöhen, aber in einem gummiartigen Material würden sie die Reibung verringern, weil sie die Kontaktfläche verringern würden. In dieser Studie haben wir das Reibungsverhalten menschlicher Fingerspitzen auf trockenem Acrylglas mit einer modifizierten mechanischen Universalprüfmaschine untersucht, wobei die Reibung bei einer Reihe von normalen Belastungen gemessen und gleichzeitig die Kontaktfläche gemessen wurde. Tests wurden an verschiedenen Fingern, Fingern in verschiedenen Winkeln und gegen verschiedene Breiten von Acrylglas durchgeführt, um die Auswirkungen von Normalkraft und Kontaktfläche zu trennen. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Fingerspitzen eher wie Gummi als wie harte Feststoffe verhielten; Ihre Reibungskoeffizienten fielen bei höheren Normalkräften und die Reibung war höher, wenn die Finger flacher gegen breitere Blätter gehalten wurden und daher die Kontaktfläche größer war. Die Scherspannung war bei höheren Drücken größer, was auf das Vorhandensein eines Biofilms zwischen der Haut und der Oberfläche hindeutet.Fingerabdrücke reduzierten die Kontaktfläche jedoch um den Faktor ein Drittel im Vergleich zu glatter Haut, was die Reibung verringert hätte; Dies lässt starke Zweifel an ihrer angeblichen Reibungsfunktion aufkommen.

Allerdings diskutiert der Autor später ihre mögliche Rolle beim Greifen von rauen oder nassen Oberflächen:

Warum haben wir also Fingerabdrücke? Eine Möglichkeit besteht darin, dass sie die Reibung auf raueren Oberflächen im Vergleich zu glatter Haut erhöhen, da die Rippen in die Vertiefungen solcher Oberflächen hineinragen und eine höhere Kontaktfläche bieten. Um diese Möglichkeit zu testen, sind Experimente mit Materialien unterschiedlicher bekannter Rauhigkeit erforderlich.

Eine zweite Möglichkeit ist, dass sie wie die Lauffläche eines Autoreifens oder Rillen in den Füßen von Laubfröschen ( Federle et al., 2006 ) das Abfließen von Wasser erleichtern und so den Grip auf nassen Oberflächen verbessern. Obwohl es Hinweise darauf gibt, dass die Reibung auf stark feuchte Finger fällt (Andre et al., 2008), ist es möglich, dass sie auf Fingerspitzen weniger schnell abfällt als auf flacherer Haut. Geeignete Experimente könnten diese Idee noch einmal testen.

Es scheint mehr Konsens darüber zu geben, dass Fingerabdrücke für taktile Empfindungen nützlich sind. Das Folgende sind nur einige Artikel, die dies diskutieren.

Einfluss der Orientierung von Fingerabdrücken auf Hautvibrationen während der taktilen Erkundung strukturierter Oberflächen.

Beim Menschen wird die taktile Wahrnehmung feiner Texturen durch Hautvibrationen beim Abtasten der Oberfläche mit der Fingerkuppe vermittelt. Diese Schwingungen werden von spezifischen Mechanorezeptoren, den Pacinian-Körperchen (PCs) , kodiert, die sich etwa 2 mm unter der Hautoberfläche befinden. In einem kürzlich erschienenen Artikel haben wir Experimente mit einem biomimetischen Sensor durchgeführt, die darauf hindeuten, dass Fingerabdrücke (epidermale Grate) eine wichtige Rolle bei der Formung der subkutanen Stressschwingungen spielen könnten, so dass ihre Verarbeitung durch den PC-Kanal erleichtert wird.Hier testen wir diese Hypothese weiter, indem wir die Modulationen der Fingerkissen/Substrat-Reibungskraft, die durch das Scannen einer tatsächlichen Fingerspitze über eine strukturierte Oberfläche induziert wird, direkt aufzeichnen. Wenn die Fingerabdrücke senkrecht zur Abtastrichtung orientiert sind, zeigt das Spektrum dieser Modulationen ein ausgeprägtes Maximum um die Frequenz v/λ herum, wobei v die Abtastgeschwindigkeit und λ die Fingerabdruckperiode ist. Dieses einfache biomechanische Ergebnis bestätigt die Relevanz unserer früheren Ergebnisse für die menschliche Berührung.

Die Rolle von Fingerabdrücken bei der Kodierung taktiler Informationen, untersucht mit einem biomimetischen Sensor.

Beim Menschen wird die taktile Wahrnehmung feiner Texturen (räumlicher Maßstab <200 Mikrometer) durch Hautvibrationen vermittelt, die erzeugt werden, wenn der Finger die Oberfläche abtastet. Um den Zusammenhang zwischen Textureigenschaften und subkutanen Vibrationen herzustellen, wurde ein biomimetischer Tastsensor entwickelt, dessen Abmessungen denen der Fingerkuppe entsprechen. Wenn die Sensoroberfläche mit parallelen Rippen gemustert ist, die die Fingerabdrücke nachahmen, wird das Spektrum der Vibrationen, die durch zufällig texturierte Substrate hervorgerufen werden, von einer Frequenz dominiert, die durch das Verhältnis der Abtastgeschwindigkeit zum Zwischenrippenabstand festgelegt wird. Für die menschliche Berührung fällt diese Frequenz in den optimalen Empfindlichkeitsbereich der Pacinischen Afferenzen, die die Codierung feiner Texturen vermitteln.Somit können Fingerabdrücke eine spektrale Selektion und Verstärkung von taktilen Informationen durchführen, die ihre Verarbeitung durch spezifische Mechanorezeptoren erleichtern.

Dieses Papier behauptet auch einen Grund für die elliptische Natur von Fingerabdrücken:

Beim Menschen sind Fingerabdrücke in elliptischen Wirbeln organisiert, so dass jeder Region der Fingerkuppe (und damit jedem PC) eine optimale Scanorientierung zugeordnet werden kann.

Um die Debatte auszugleichen, aus einer neutralistischen evolutionären Perspektive ...

Es muss KEIN direkter Selektionsdruck für den Beitrag eines Merkmals zum exprimierten Phänotyp eines Organismus bestehen.

Drei alternative, neutrale Erklärungen:

1. „Hitchhiker“-Merkmale : Es (das Merkmal) könnte ein Nebenprodukt einer wichtigeren Komponente sein, deren Funktion direkt mit dem Überleben verbunden ist. ZB haben wir Haare, und die haben zufällig eine Farbe, die wahrgenommenen Farben in der spezifischen Pigmentierung unserer Haare sind nicht so stark selektiert, so oder so (blond) oder so (brünett), mindestens so wichtig wie die funktionell wesentlichen Eigenschaften von das Haar selbst: um unsere Vorfahren schön warm zu halten. Das bringt uns zu...
2. Von Vorfahren vererbte verkümmerte Merkmale : Einmal entwickelt, kann es eine lange evolutionäre Zeit dauern, „sie loszuwerden“. Dies erklärt Eigenschaften, die wir immer noch phänotypisch ausdrücken, deren ursprünglicher funktionaler Zweck jedoch heute überholt ist. Zum Beispiel das Steißbein und unser nicht mehr funktionierender visueller Sensor, ein optimaleres Design findet sich in Tintenfischaugen : Die Netzhaut sollte vor dem Glaskörperspalt liegen, um blinde Flecken zu vermeiden, ein "Fehler", mit dem nur wir mickrigen Säugetiere fertig werden müssen. Wenigstens haben wir ein gutes Gehirn, oder? Diese lästigen, vom Aussterben bedrohten Tiger haben nichts gegen uns. Und was diese Ameisenigel angeht, die immer noch Eier legen? Das ist soo letzte Epoche ...
3. Neutrale Evolutionsregime : Mutationen, deren Vererbungsmuster stark von einer Kraft angetrieben werden, die als genetische Drift (Wiki) bekannt ist . Lange Geschichte...

Randnotiz

Eine höchst bemerkenswerte Eigenschaft findet sich meiner Meinung nach beim blinden Höhlenfisch . Warum hat dieser Fisch Augen, wenn er nicht sehen kann?

Raten Sie: Welche der oben aufgeführten Antworten ist richtig: 1. , 2. oder 3. ?

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BEARBEITUNG/en:

• 2017-03-17: Korrektur (Kudos AliceD ): Ich habe die Argumentation über das Beispiel des Säugetierauges verwechselt, Schwimmer waren nicht das suboptimale Merkmal, es waren blinde Flecken. Kein blinder Fleck in Kopffüßeraugen.