Az ujjlenyomatokat egyedivé tevő örvények, ívek és hurkok a magzati fejlődés során keletkeznek az ujjbegyeken kialakuló, terjedni kezdő, majd egymásba ütköző apró barázdák hullámaiból. A folyamat nagyon hasonló ahhoz, mint ahogy a zebrák szert tesznek a csíkjaikra, vagy a gepárdok a foltjaikra.

A Cell című szaklapban a napokban megjelent egy tanulmány, amelyben a kutatók részletesen leírják az ujjlenyomat keletkezésének folyamatát. Ez két fehérje kölcsönhatásaként képződik, amelyek közül az egyik a barázdák (vagy lécek) kialakulását serkenti, a másik pedig ezt gátolja. Ennek köszönhetően az ujjbegy három különböző régiójából periodikus hullámokban keletkező barázdák indulnak terjedésnek, majd ütköznek egymásba.

Ezeknek a régióknak a pontos helye és az ütközések eredményezik az ujjlenyomat egyedi mintázatát. „Ahhoz, hogy az ívek, hurkok és örvények ilyen különböző mintázatai létrejöjjenek, a kulcs nem csupán a molekuláris összetevőkben rejlik, hanem abban is, hogyan kerülnek ezek alkalmazásra a kéz anatómiáján belül” – mondja Denis Headon, a tanulmány társszerzője, a brit Edinburgh-i Egyetem fejlődésbiológusa.

Az ujjlenyomatok funkciója a teóriák szerint az, hogy nagyobb tapadást és érzékenységet biztosítsanak az ujjbegyeknek. Mintázatukat régóta használják az egyének azonosítására és egyes fejlődési állapotok diagnosztizálására is. Tavaly Headon és kollégái közzétettek egy másik tanulmányt, amelyben az ujjlenyomatmintákat befolyásoló génekről írnak, amelyek közül több részt vesz a végtagok fejlődésében. Akkor úgy tűnt, hogy ezek a gének teremtik meg az ujjlenyomatok kialakulásának alapjait, ugyanakkor sokuk inaktív volt a folyamat során, ami viszont arra utalt, hogy nem közvetlenül vesznek részt a mintázat kialakításában.

Hogy többet tudjanak meg az ujjlenyomatok mintázatának kialakulásáról, Headon és kollégái nyomon követték, hogyan alakulnak ki az ujjlenyomatok a magzati fejlődés során. Az anatómiai vizsgálatok és a génaktivitási elemzések azt mutatták, hogy az ujjlenyomat-barázdákat alkotó sejtek olyan fejlődési utat követtek, amely kezdetben a szőrtüszők fejlődését utánozta. A tüszők génaktivitási mintázatával ellentétben azonban a barázdasejtek nem vonták be a folyamatba be a bőrfelszín alatt mélyebben elhelyezkedő sejteket.

Az elemzések egy Turing-mechnizmuson alapuló rendszer jelenlétét támasztották alá, amelynek lényege, hogy egy fejlődési folyamatot aktiváló molekula önmagát és egy gátló molekulát is stimulál. Az eredmény egy önszerveződő rendszer, amely periodikus mintákat hoz létre, mondja Marian Ros, a spanyolországi Cantabria Bioorvostani és Biotechnológiai Intézetének fejlődésbiológusa.

Az ilyen rendszerek működésének elméleti alapjait elsőként Alan Turing matematikus írta le 1952-ben, kémiai magyarázatot kínálva az olyan fejlődési folyamatokra, mint például a levelek elrendeződése egy növényen vagy a hidrának nevezett kis vízi élőlény csápjainak kialakulása. Azóta a Turing-féle reakciós-diffúziós mechanizmusokat számos ismert biológiai mintázat kapcsán azonosították, beleértve egyes trópusi halak élénk színű pikkelyeinek és a madarak tollainak elrendeződését és mintáit.

Az ujjbegyek mintájának kialakulását irányító molekulák megtalálása érdekében Headon és munkatársai egerek lábujjain található mintázatokat, valamint 3D-s sejttenyészetekben növesztett emberi sejteket tanulmányoztak. Úgy találták, hogy egy WNT nevű fehérje, amely fontos a szőrtüszők fejlődésében is, serkenti a barázdák kialakulását. Egy másik, BMP nevű molekula pedig gátolja ezt, teljessé téve a Turing-mechanizmus rendszerét.

A barázdák három területről indulnak ki: az ujjbegy csúcsáról, az ujjbegy közepéről és az ujjbegy tövében lévő ráncból, ahol az ujj behajlik. A szimulációk során Headon és csapata eljátszott a hullámok időzítésével, szögével és pontos kiindulási helyével, változatos íveket, hurkokat és örvényeket hozva létre. Ahogy a szakértők megfigyelték, a barázdák ütközései kulcsszerepet játszanak a minták egyediségének alakulásában.