Биологический смысл папиллярных линий

В своих аналитических исследованиях я много внимания уделял (возьму на себя смелость сказать, как никто и никогда) разнообразным биологическим линейным (условно говоря, одномерным)  структурам и их производным. Полученные результаты периодически и в разных форматах публиковал сначала в традиционных (бумажных) изданиях, а затем и в Сети - для удобства ознакомления с ними неограниченного круга заинтересованных читателей.

В этом (сетевом) плане сперва вышла у меня «Линейная доминанта в понимании природы живой материи» (http://www.proza.ru/2017/08/07/472). Затем – «Текстуральная концепция Биосферы» (http://www.proza.ru/2017/09/20/829), включившая в себя все мои прежние наработки в избранном направлении, в том числе и названную выше.

Однако при всем этом как-то осталась  в стороне весьма специфическая (хотя, в общем-то, и широко известная) проблема папиллярных линий, которая, несомненно, должна занять свое место в общебиологической линейной тематике. Приступаю к восполнению этого пробела.

В процессе антропогенеза передние конечности -  лапы наших обезьяноподобных предков   превратились в руки. Полностью освободившись от хождения, они  претерпели существенные морфологические преобразования и с течением времени обогатились целым рядом новых и очень разнообразных функций. Но вот что примечательно: при всем этом система папиллярных линий была унаследована человеческой рукой без изменений. Она пришлась ей (изящной и необычайно умелой) очень даже кстати.

Как известно, папиллярные линии (от лат. papilla - сосок) представляют собой рельефные линейные образования на ладонных и подошвенных поверхностях (включая пальцы) у людей, обезьян и некоторых других млекопитающих животных.
Это гребешки кожи, или упорядоченные утолщения ее верхнего слоя - эпидермиса. А в основании этих линий лежат состоящие из фибробластов (клеток соединительной ткани) сосочки глубокого слоя кожи - дермы. Они-то и формируют видимые снаружи папиллярные линии: незначительно, всего лишь до 0,15 микрометров возвышающиеся гребни, разделенные бороздками шириною до 0,5 микрометров. Сосочки, в свою очередь, разделены отверстиями потовых и сальных желез. Кроме того, в сосочковом слое дермы расположены кровеносные и лимфатические сосуды и (что особенно важно будет нам для  понимания биологического смысла  системы папиллярных линий) - нервные окончания и рецепторы.

Имея всегда перед своими глазами затейливо исчерченные линейными узорами ладони, люди наверняка и с давних пор задумывались об их назначении. Разумеется, ничего не подозревая о существовании скрытой для поверхностного наблюдения  внутренней (гистологической) структуры папиллярных линий.
Этой згадкой были озадачены и крупные мыслители всех времен и народов: Гиппократ, Аристотель, Авиценна, Парацельс, Ньютон. А также многие ученые (и неученые), знатные и простые люди, в общем, все ищущие и думающие умы. Но все они до самого недавнего времени также видели на ладонях, как говорится, только надводную (поверхностную) часть айсберга.

Одними только нашими современниками написано о папиллярных линиях неисчислимое множество различного рода публикаций. На эту тему наверняка защищены многие диссертации. Но внятного (и бесспорного) ответа на вопрос о биологическом смысле этих загадочных образований  до сих пор как не было, так и нет.

Весьма показательна в этом отношении совсем недавняя (можно сказать, свежая) интернет-публикация «Для чего человеку нужны линии на ладонях?» Л. Задорожной (к.б.н., ведущий научный сотрудник НИИ и музея антропологии МГУ).
 
Автор критически относится в этом вопросе к широко известным хиромантии и дерматоглифике: «…хироманты уверены, что линии на ладонях — это «тропинки», по которым можно узнать будущее человека. Но с научной точки зрения у них есть вполне практическое применение». Однако вот что повествует автор дальше, обращаясь к прошлой истории человека: «папиллярные линии…  повышали цепкость при захвате ветки и…  являлись хорошим приспособлением к древесному образу жизни. В пользу этого говорит наличие у паукообразных обезьян, активно пользующихся при передвижении хвостом, своеобразной «ладони» на той его поверхности, которая обхватывает ветку: в этом месте формируется свободная от шерсти площадка с папиллярными линиями». И далее: «В ходе эволюции папиллярные линии остались».

Из приведенной цитаты совершенно определенно следует, что папиллярные линии обладают существенными физико-механическими свойствами (неким эффектом сцепления), позволяющими обезьяне удерживаться на ветках деревьев, особенно в процессе ее передвижения в тропическом лесу.
Но так ли это на самом деле? Приведенное суждение (отражающее, кстати, широко распространенное, но чисто умозрительное мнение в различных научных и околонаучных кругах) вызывает серьезные возражения. Его сомнительность видна уже из вышеназванных значений морфометрических параметров папиллярных линий, которые ничтожно малы: высота гребня - до 0,15 микрометров, а ширина бороздок - до 0,5 микрометров!

Папиллярные валики настолько миниатюрны, что визуально (невооруженным глазом) они едва различимы.  К тому же по структуре они слишком нежны. По сути, это тканевый микроуровень, тогда как жесткие ветки деревьев, на которые всем своим (порой весьма значительным) весом опирается в быстром движении обезьяна  - макроуровень. Отсюда папиллярные валики уже априори не очень-то повышают трение ладони и потому (с точки зрения биомеханики) вряд ли могут как-то существенно способствовать удержанию обезьяны на ветке. Если бы они были покрупнее да пожестче, тогда еще можно что-то предположить относительно сцепления. Но природа не пошла на их укрупнение, очевидно, в силу отсутствия в этом необходимости. Да и просто потому, что на ладонях нет для этого места.

Папиллярные валики настолько тонки и настолько мало выделяются на плоскости ладони, что никак не могут повышать «цепкость при захвате ветки». Их значение в этом, если и есть, то оно исчезающе мало. Так что реально обезьяне нечем цепляться и удерживать свое тело на ветках, кроме как самих длинных и сильных пальцев, которые сгибаясь в суставах крючком, достаточно плотно охватывают ветку. Так же, кстати, крючком и так же плотно, сгибаясь внутрь, охватывает ветку кончик хвоста определенных видов обезьян (в том числе упомянутых в статье цепкохвостых).

В этой связи, часто приводимые умозрительные и надуманные аналогии папиллярных линий с непомерно огромными по сравнению с ними и запредельно прочными резиновыми протекторами на колесах автомобиля столь же очевидно некорректны и элементарно несостоятельны.

Важно понять и то, что сцепление с веткой в полной мере обеспечивается не сверхтонкими скульптурными особенностями кожи ладони (папиллярными линиями), а гораздо более грубыми неровностями и шероховатостью самой ветки, с которой вступают в контакт конечности обезьяны, включая иногда и ее хвост.

Еще бытует мнение, что, линии, располагаясь на ладони рядами, якобы помогают удерживать гладкие предметы (они помогают улучшить сцепление). Но, во-первых, в дикой природе, где осуществлялся антропогенез, гладких предметов не так уж и много. Во-вторых, на этот счет имеется специальное и очень обстоятельное исследование. Роланд Эннос (специалист в области биомеханики и профессор биологии в Университете Халла в Соединенном Королевстве), потратил несколько лет для экспериментального изучения господствовавшей долгое время руководящей идеи, согласно которой крохотные впадины и борозды на наших пальцах создают трение между ними и поверхностями предметов, к которым мы прикасаемся, и дают нам лучший захват.

Как это ни удивительно, но тщательные эксперименты этого исследователя, проведенные по специально разработанной им методике, показали, что «фактическая площадь контакта была уменьшена папиллярными узорами, потому что ложбинки не вступали в контакт». Другими словами, по сравнению с гладкой кожей, которая покрывает остальную часть тела, «линейные папиллярные узоры на пальцах не только не усиливают, а даже уменьшают трение, по крайней мере, на гладких поверхностях».

Считается также, что папиллярные узоры могут помочь нам брать предметы, например, во влажных условиях: ложбинки будто бы эффективно отводят воду (как это происходит в случае пресловутых протекторов автомобильных шин), не позволяя нашим рукам скользить по поверхности.
Однако не следует забывать, что наши ладони сами по себе постоянно увлажняются выделениями потовых желез с примесью жировых веществ. А также и тот факт, что влажный тропически лес, где обитали наши древнейшие предки, изобилует водой: проливные дожди там идут почти ежедневно. Так что всегда там и руки мокрые, и ветки влажные. Можно даже сказать: эволюция, начальный антропогенез делались в дождевом тропическом лесу мокрыми руками.

И еще одна очень важная деталь. Определяющее значение имеет в связи с увлажнением характер самого материала, с которым ладонь контактирует. Как хорошо всем известно, деревянная ручка  лопаты лучше удерживается в работе мокрыми (влажными) руками: отсюда можно с высокой долей вероятности полагать, что влага способствовала также и сцеплению обезьян с  деревянными ветками. А вот широко представленные в нашем обиходе гладкие металлические, стеклянные или даже пластиковые предметы, напротив выскальзывают из мокрых (влажных) рук.

В этой связи уместно вспомнить о спортивных гимнастах, которые обхватывают своими ладонями перекладины, брусья, кольца (как обезьяна ветки) и совершают головокружительные движения (как обезьяна на ветках). Но при этом спортсмены никак не полагаются на папиллярные линии, а обрабатывают руки перед выходом к снаряду порошковым мелом (или другим подобным материалом) для осушения ладоней и повышения трения в контакте со спортивным снарядом, чтобы не сорваться с него. Понятно, что кожа на ладонях спортсменов выдерживает большие нагрузки в контакте со снарядами, но она не травмируется благодаря длительным и систематическим тренировкам. Она огрубевает (мозолится) и упрочняется. Но папиллярные линии к этому не имеют (в смысле упрочнения кожи) никакого отношения.

Еще два слова о тонкой полимерной пленке, которая при близком контакте всегда, как это хорошо известно каждому из практики, прилипает к влажным (особенно мокрым) рукам. Причем, одинаково - что с лицевой стороны (с папиллярными линиями), что с тыльной стороны (без папиллярных линий)! Но в данном случае уже  вступает в силу другая физика (поверхностные явления, адгезия). И, опять-таки, папиллярные линии здесь, как бы, не у дел.

Так в чем же состоит тогда биологический смысл папиллярных линий, может, его и нет вовсе? Смысл есть и даже очень существенный. Но не там, где его обычно ищут.

Вернемся к тому, что система папиллярных узоров впервые появились у наших предков - обезьян, живших на деревьях. Им важно было хорошо ощущать рельеф ветки и другого твердого субстрата, а кожа с папиллярными линиями обеспечивает более точную работу осязательных рецепторов. У цепкохвостых млекопитающих даже нижняя поверхность хвоста, служащая для захвата веток, лишена шерсти и имеет чувствительные к твердому субстрату папиллярные узоры.

Кроме того, на протяжении длительного времени пальцы тропических обезьян были важнейшим инструментом для поиска и употребления пищи. Чувствительность к текстуре съедобного объекта эволюционно полезна, поскольку она помогает определить, в частности, максимально спелый плод. Кстати, мы до сих пор выбираем, скажем, огурцы на ощупь, стараясь брать наиболее упругие и с плотными пупырышками.

«Причина, по которой нам нужно иметь высокую тактильную чувствительность, заключается в том, что мы хотим отделить хорошую пищу от плохой», — считает Жорж Дебреже - бизофизик Сорбонского университета в Париже. Хорошее чувство осязания  помогает нам избежать гниющих или неспелых плодов.
Вдобавок к этой идее, Дебреже отметил, что у других животных, например у коала, также имеются на лапах папиллярные линии с расположенными глубже чувствительными клетками, и они тоже часто полагаются на тактильную чувствительность, чтобы находить пищу.

Но исследователь идет в своих выводах еще дальше: он считает, что тактильная чувствительность папиллярных линий служит и для улучшения захвата тех или иных предметов. «Причина, по которой мы так хорошо манипулируем и обращаемся с вещами, заключается в том, что у нас есть это изысканное чувство осязания -  постоянная обратная связь между тем, чего мы касаемся, и тем, что мы чувствуем», — пояснил он. Это «позволяет нам в реальном времени корректировать силу, с которой мы собираемся схватить объект».

Например, если какой-то предмет проскальзывает при удержании, вы должны быть в состоянии обнаружить это движение с помощью чувствительных кончиков пальцев и схватить его крепче, чтобы сохранить контроль. Нет сомнения в том, что наше тонкое чувство осязания, благодаря системе папиллярных линий, и точная хватка эволюционировали совместно (сопряжено) и в результате идеально  дополнили друг друга.

Именно в этой функциональной двуединости таится биологический смысл папиллярных линий.