¿Cuál es la función de las crestas epidérmicas en los dedos humanos (que producen huellas dactilares)?

Encontré muchas afirmaciones plausibles de que las huellas dactilares aumentan la fricción. Sin embargo, el siguiente artículo afirma, al menos en sus condiciones experimentales, que las huellas dactilares en realidad disminuyen la fricción con las superficies lisas al reducir el área de contacto.

Es poco probable que las huellas dactilares aumenten la fricción de las yemas de los primates.

En general, se supone que las huellas dactilares mejoran el agarre de los primates, pero la eficiencia de sus crestas dependerá del tipo de comportamiento de fricción que exhiba la piel. Las crestas serían eficaces para aumentar la fricción en materiales duros, pero en un material gomoso reducirían la fricción porque reducirían el área de contacto. En este estudio, investigamos el rendimiento de fricción de las yemas de los dedos humanos sobre vidrio acrílico seco usando una máquina de prueba mecánica universal modificada, midiendo la fricción en un rango de cargas normales y midiendo también el área de contacto. Se realizaron pruebas en diferentes dedos, dedos en diferentes ángulos y contra diferentes anchos de lámina acrílica para separar los efectos de la fuerza normal y el área de contacto. Los resultados mostraron que las yemas de los dedos se comportaron más como gomas que como sólidos duros; sus coeficientes de fricción cayeron a fuerzas normales más altas y la fricción fue mayor cuando los dedos se mantuvieron más planos contra láminas más anchas y, por lo tanto, cuando el área de contacto era mayor. El esfuerzo cortante fue mayor a presiones más altas, lo que sugiere la presencia de una biopelícula entre la piel y la superficie.Sin embargo, las huellas dactilares redujeron el área de contacto en un factor de un tercio en comparación con la piel plana, lo que habría reducido la fricción; esto arroja serias dudas sobre su supuesta función de fricción.

Dicho esto, el autor analiza más adelante su papel potencial en el agarre de superficies ásperas o mojadas:

Entonces, ¿por qué tenemos huellas dactilares? Una posibilidad es que aumenten la fricción en superficies más ásperas en comparación con la piel plana, porque las crestas se proyectan hacia las depresiones de dichas superficies y proporcionan un área de contacto más alta. Se necesitan experimentos en materiales de rugosidad conocida contrastante para probar esta posibilidad.

Una segunda posibilidad es que faciliten la escorrentía del agua como la banda de rodadura de un neumático de automóvil o los surcos en las patas de las ranas arborícolas ( Federle et al., 2006 ), por lo que mejoran el agarre en superficies mojadas. Aunque hay evidencia de que la fricción cae sobre los dedos cubiertos con altos niveles de humedad (Andre et al., 2008), es posible que caiga menos rápidamente sobre las yemas de los dedos que sobre la piel más plana. Una vez más, los experimentos adecuados podrían probar esta idea.

Parece haber más consenso sobre la idea de que las huellas dactilares son útiles para la sensación táctil. Los siguientes son sólo algunos artículos que hablan de esto.

Efecto de la orientación de las huellas dactilares en las vibraciones de la piel durante la exploración táctil de superficies texturizadas.

En los humanos, la percepción táctil de las texturas finas está mediada por las vibraciones de la piel al escanear la superficie con la yema del dedo. Estas vibraciones están codificadas por mecanorreceptores específicos, corpúsculos de Pacini (PC) , ubicados a unos 2 mm por debajo de la superficie de la piel. En un artículo reciente, realizamos experimentos utilizando un sensor biomimético que sugiere que las huellas dactilares (crestas epidérmicas) pueden desempeñar un papel importante en la configuración de las vibraciones de tensión subcutáneas de una manera que facilita su procesamiento por el canal de la PC.Aquí probamos aún más esta hipótesis registrando directamente las modulaciones de la fuerza de fricción de la yema del dedo/sustrato inducida al escanear la yema del dedo real a través de una superficie texturizada. Cuando las huellas digitales se orientan perpendicularmente a la dirección de escaneo, el espectro de estas modulaciones muestra un máximo pronunciado alrededor de la frecuencia v/λ, donde v es la velocidad de escaneo y λ el período de las huellas digitales. Este resultado biomecánico simple confirma la relevancia de nuestro hallazgo anterior para el tacto humano.

El papel de las huellas dactilares en la codificación de la información táctil sondeada con un sensor biomimético.

En los humanos, la percepción táctil de texturas finas (escala espacial <200 micrómetros) está mediada por vibraciones de la piel generadas cuando el dedo escanea la superficie. Para establecer la relación entre las características de la textura y las vibraciones subcutáneas, se ha diseñado un sensor táctil biomimético cuyas dimensiones coinciden con las de la yema del dedo. Cuando la superficie del sensor está modelada con crestas paralelas que imitan las huellas dactilares, el espectro de vibraciones provocado por sustratos con texturas aleatorias está dominado por una frecuencia establecida por la relación entre la velocidad de escaneo y la distancia entre las crestas. Para el tacto humano, esta frecuencia cae dentro del rango óptimo de sensibilidad de los aferentes pacinianos, que median en la codificación de texturas finas.Así, las huellas dactilares pueden realizar selección espectral y amplificación de información táctil que facilite su procesamiento por mecanorreceptores específicos.

Este documento también afirma una razón para la naturaleza elíptica de las huellas dactilares:

En los seres humanos, las huellas dactilares se organizan en giros elípticos para que cada región de la yema del dedo (y, por lo tanto, cada PC) pueda atribuirse a una orientación de escaneo óptima.

Para equilibrar el debate, desde una perspectiva evolutiva neutralista...

NO tiene que haber una presión selectiva directa para la contribución de un rasgo al fenotipo expresado de un organismo.

Tres explicaciones alternativas, neutrales:

1. Rasgos de "autoestopista" : (el rasgo) podría ser un subproducto de un componente más necesario cuya función está directamente asociada con la supervivencia. Por ejemplo, tenemos cabello, y sucede que tiene un color, los colores percibidos en la pigmentación específica de nuestro cabello no están fuertemente seleccionados, en un sentido (rubio) o en el otro (moreno), al menos tan significativamente como las propiedades funcionales esenciales de el propio cabello: para mantener a nuestros antepasados ​​agradables y cálidos. Esto nos lleva a...
2. Rasgos vestigiales heredados ancestralmente : una vez evolucionados, pueden tomar un largo tiempo evolutivo "para deshacerse de ellos". Esto explica los rasgos que aún expresamos fenotípicamente, pero cuyo propósito funcional original está obsoleto hoy. Por ejemplo, el cóccix y nuestro difunto sensor visual, se encuentra un diseño más óptimo en los ojos de calamar : la retina debe estar por delante del espacio vítreo para evitar puntos ciegos, un "fallo" con el que solo nosotros los míseros mamíferos tenemos que lidiar. Al menos tenemos un buen cerebro, ¿verdad? Esos molestos tigres, en extinción inminente, no tienen nada contra nosotros. Y en cuanto a esos equidna, ¿siguen poniendo huevos? Eso es tan de última época...
3. Regímenes evolutivos neutrales : mutaciones cuyos patrones de herencia están fuertemente impulsados ​​por una fuerza conocida como deriva genética (wiki) . Larga historia...

Nota al margen

Un rasgo más notable, en mi opinión, se encuentra en el pez ciego de las cavernas . ¿Por qué este pez tiene ojos, si no puede ver?

Adivina: ¿ cuál de las respuestas enumeradas anteriormente es verdadera: 1. , 2. o 3. ?

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• ¿Hay un nombre para la pérdida evolutiva de estructuras vestigiales?

EDITAR / s:

• 2017-03-17: Corrección (felicitaciones AliceD ): confundí el razonamiento sobre el ejemplo del ojo de los mamíferos, las moscas volantes no eran el rasgo subóptimo, eran los puntos ciegos. Sin punto ciego en los ojos de los cefalópodos.