Το δακτυλικό αποτύπωμα είναι ένα από τα πιο βασικά χαρακτηριστικά που χρησιμοποιούνται για την ταυτοποίηση των ανθρώπων. Οι πολύπλοκες και μοναδικές περιελίξεις του δέρματος στην άκρη των δακτύλων, δημιουργούν μία τραχιά επιφάνεια η οποία συμβάλλει σημαντικά στην αίσθηση της αφής, ενώ σε διάφορα είδη ζώων είναι χρήσιμη και για να «γραπώνονται» πιο αποτελεσματικά σε διάφορες επιφάνειες. Ωστόσο, μέχρι πρότινος οι επιστήμονες δεν γνώριζαν τον ακριβή μοριακό μηχανισμό μέσω του οποίου σχηματίζονται τα δακτυλικά αποτυπώματα. Πρόσφατη έρευνα, τα αποτελέσματα της οποίας δημοσιεύθηκαν στην επιστημονική επιθεώρηση «Cell», αποκρυπτογραφεί τον μηχανισμό αυτόν, καταδεικνύοντας ότι παρουσιάζει ομοιότητες με μοριακούς μηχανισμούς που σχηματίζουν διάφορα μοτίβα στο ζωικό βασίλειο. Ας δούμε όμως με περισσότερες λεπτομέρειες τον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές έριξαν φως στον συγκεκριμένο μηχανισμό.
Κύτταρα από εμβρυϊκούς ιστούς
Μόλις το περασμένο έτος διεθνής ομάδα επιστημόνων εντόπισε μία ομάδα γονιδίων, η οποία είναι πολύ σημαντική για την ανάπτυξη των άκρων και επηρεάζει τη διαμόρφωση του μοτίβου του δακτυλικού αποτυπώματος. Ωστόσο, όπως διαπίστωσαν οι επιστήμονες, η έκφραση των συγκεκριμένων γονιδίων δεν ήταν ενεργή καθ’ όλη τη διάρκεια σχηματισμού των δακτυλικών αποτυπωμάτων στη διάρκεια της εμβρυϊκής ζωής, κάτι το οποίο ενίσχυσε την υπόθεση ότι πιθανότατα υπάρχουν επιπλέον μοριακοί μηχανισμοί οι οποίοι ρυθμίζουν την ανάπτυξή τους. Ετσι, οι ερευνητές αποφάσισαν να μελετήσουν πιο διεξοδικά τα μοριακά μονοπάτια που είναι ενεργά κατά την ανάπτυξη των δακτύλων. Για τον σκοπό αυτόν, απομόνωσαν ανθρώπινα εμβρυϊκά κύτταρα των δακτύλων από δείγματα τα οποία προήλθαν από γυναίκες που είχαν διακόψει την κύησή τους. Επειτα, καλλιέργησαν στο εργαστήριο αυτά τα κύτταρα και απομόνωναν ανά τακτά χρονικά διαστήματα το συνολικό RNA των κυττάρων, η καταγραφή του οποίου επιτρέπει στους επιστήμονες να προσδιορίσουν ποια γονίδια και σε ποιο επίπεδο εκφράζονται σε μία δεδομένη στιγμή.
Ανιχνεύοντας την έκφραση των γονιδίων
Με τον τρόπο αυτόν, οι ερευνητές εντόπισαν ότι πολλά από τα γονίδια τα οποία εκφράζονταν στα αρχικά στάδια της ανάπτυξης των δακτύλων ανήκουν σε τρία σηματοδοτικά μονοπάτια, τα οποία έχουν ονομαστεί από τους επιστήμονες WNT, BMP και EDAR. Καθένα από τα μονοπάτια αυτά εμπλέκεται στην ανάπτυξη των άκρων των δακτύλων. Το εντυπωσιακό εύρημα όμως είναι ότι τα μοριακά αυτά μονοπάτια εκφράζονται σε εναλλασσόμενες λωρίδες κυττάρων, οι οποίες σχηματίζουν μεταγενέστερα τις αυλακώσεις και τα εξογκώματα του δέρματος που παρατηρούνται στο δακτυλικό αποτύπωμα. «Στο παρελθόν είχαν υπάρξει κάποιες ενδείξεις για τον τρόπο σχηματισμού των δακτυλικών αποτυπωμάτων. Οι ενδείξεις αυτές είχαν προκύψει από έρευνες των επιστημόνων σε μέλη οικογενειών που εμφάνιζαν διαταραγμένα ή ελλείποντα μοτίβα δακτυλικών αποτυπωμάτων» αναφέρει στο ΒΗΜΑ-Science ο δρ Ντένις Χέντον, συμπληρώνοντας: «Ωστόσο, οι νέες τεχνολογίες για την ανάλυση της δραστηριότητας των γονιδίων σε κυτταρική βάση έχουν ανοίξει πλέον τον δρόμο για την κατάρτιση ενός πλήρους καταλόγου των γονιδίων που παίζουν ρόλο στον σχηματισμό δακτυλικών αποτυπωμάτων, καθώς και άλλων τύπων μοτίβων και γεγονότων που λαμβάνουν χώρα στα αναπτυσσόμενα όργανα».
Εξογκώματα και αυλακώσεις
Για να μελετήσουν με περισσότερες λεπτομέρειες τον συγκεκριμένο μηχανισμό, οι ερευνητές μελέτησαν την έκφραση αυτών των μοριακών μονοπατιών σε εμβρυϊκά κύτταρα ποντικών, στα άκρα των οποίων παρατηρούνται επίσης χαρακτηριστικές αναδιπλώσεις του δέρματος. Οι αναλύσεις των επιστημόνων έδειξαν ότι τα διαφορετικά μονοπάτια που εμπλέκονται στον σχηματισμό του ανάγλυφου των άκρων λειτουργούν συμπληρωματικά: Το σηματοδοτικό μονοπάτι WNT φαίνεται να διεγείρει την ανάπτυξη των κυττάρων, τα οποία δημιουργούν υπερυψωμένα εξογκώματα στο εξωτερικό στρώμα του δέρματος, ενώ το μονοπάτι BMP καταστέλλει την ανάπτυξη των κυττάρων, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία αυλακώσεων. Παράλληλα, η δραστηριότητα των γονιδίων που εμπλέκονται στο μονοπάτι EDAR καθορίζει πιθανότατα το μέγεθος και την απόσταση μεταξύ των αυλακώσεων.
Μοτίβα που συναντώνται στη φύση
Ο συγκεκριμένος τρόπος έκφρασης γονιδίων παραπέμπει στα λεγόμενα «μοτίβα Τούρινγκ» (Turing patterns), τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί για να περιγράψουν τον σχηματισμό μοτίβων σε διάφορα ζωικά είδη, με χαρακτηριστικότερο παράδειγμα τον σχηματισμό των ασπρόμαυρων λωρίδων στη ζέβρα. Στα επόμενα βήματά τους, οι ερευνητές θα συνεχίσουν να μελετούν τον σχηματισμό δομών που βρίσκονται στο ανώτερο άκρο του δακτύλου. «Στόχος μας τώρα είναι να προχωρήσουμε στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο δημιουργούνται οι ιδρωτοποιοί αδένες που αναπτύσσονται από τις κορυφογραμμές» σημειώνει ο ερευνητής, καταλήγοντας ότι «αυτό θα μας βοηθήσει να ενεργοποιήσουμε τον σχηματισμό τους σε περιπτώσεις όπου αυτοί δεν έχουν αναπτυχθεί ή όπου έχουν καταστραφεί λόγω δερματικής βλάβης».
Τη δεκαετία του 1930 οι εγκληματολόγοι στις Ηνωμένες Πολιτείες ανακάλυψαν για πρώτη φορά την ύπαρξη δακτυλικών αποτυπωμάτων στις επιφάνειες των υφασμάτων, κυρίως στο εσωτερικό των γαντιών τα οποία πετούσαν οι δράστες.
Καθοριστική και η ανατομία
Οπως διαπίστωσαν οι επιστήμονες, το τελικό ανάγλυφο των δακτυλικών αποτυπωμάτων δεν εξαρτάται αποκλειστικά από την έκφραση των γονιδίων. Καθοριστικό ρόλο διαδραματίζει επίσης η ανατομία του δακτύλου. Τα αρχικά πειράματα των ερευνητών τούς επέτρεψαν να συμπεράνουν ότι κατά την ανάπτυξη του δακτύλου υπάρχουν τρία διαφορετικά σημεία από τα οποία ξεκινά ο σχηματισμός εξογκωμάτων και αυλακώσεων. «Κάθε κύμα σημάτων ξεκινά από διαφορετική θέση, το καθένα με διαφορετικό έναυσμα» αναφέρει στο ΒΗΜΑ-Science ο δρ Ντένις Χέντον διευκρινίζοντας: «Το ένα κύμα ξεκινά από την άκρη του δακτύλου, εκεί όπου συναντιούνται η πίσω και η παλαμιαία πλευρά του δακτύλου. Αυτή η διαφορά μεταξύ των δύο τμημάτων του δέρματος χρησιμεύει ως έναυσμα για τη δημιουργία εξογκωμάτων και αυλακώσεων σε σχήμα U. Ενα δεύτερο κύμα ξεκινά από το κέντρο του κορυφαίου τμήματος του δακτύλου, ενώ το τρίτο κύμα ξεκινά από την άρθρωση που επιτρέπει την αναδίπλωση του κορυφαίου τμήματος του δακτύλου». Οπως εξηγούν οι ερευνητές στην επιστημονική δημοσίευση, καθώς επεκτείνονται τα εξογκώματα και οι αυλακώσεις, «συγκρούονται» μεταξύ τους σχηματίζοντας το τελικό σχήμα του δαχτυλικού αποτυπώματος.
