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Por qué las huellas dactilares son únicas y permiten identificarnos

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Las huellas dactilares tienen un origen parcialmente genético, pero no únicamente genético. Las huellas dactilares de los gemelos, que comparten el mismo código genético, tienen muchos rasgos en común, pero un CSI las puede distinguir, aunque hay gemelos encarcelados por un crimen cometido por su hermano. Los patrones de las huellas son el resultado de campos de fuerza elástica no lineales en competición en la capa basal de células entre la dermis y la epidermis. Pequeños cambios en la forma de cada dedo embrionario y de la futura yema del dedo conducen a grandes cambios en la forma de los plieges de la piel. Una vez la huella se ha formado, ya no cambia para el resto de la vida. La unicidad dactilar, desde el punto de vista CSI, nos lo cuenta el artículo técnico de Anil K. Jain, Salil Prabhakar, Sharath Pankanti, “On the similarity of identical twin fingerprints,” Pattern Recognition 35: 2653-2663, 2002 , y desde el punto de vista de la teoría de formación de patrones en el desarrollo embrionario Michael Kücken, “Models for fingerprint pattern formation,” Forensic Science International 171: 85-96, 2007 .

¿Cómo se forman las huellas dactilares? Realmente no se sabe. La biología de la formación de las huellas dactilares durante la embriogénesis es extremadamente complicada y es difícil identificar los procesos biológicos más relevantes. Aún así, se han propuesto diferentes mecanismos de formación. El artículo de Kücken nos revisa los modelos más importantes propuestos, aunque el autor “tira para casa” y propone que su propio modelo es el mejor, Michael Kücken, Alan C. Newell, “Fingerprint formation,” Journal of Theoretical Biology, 235: 71-83, 2005 . Es un modelo matemático muy interesante. De hecho, Alan C. Newell, con un índice-h de 46 según el ISI WOS, es uno de los grandes especialistas en teoría de solitones y dinámica no lineal del mundo, y también un reconocido bebedor de cerveza Guinness (como lo demuestra en los congresos internacionales a los que asiste).

Los dedos empiezan a separarse unos de otros en el feto durante la sexta semana generando ciertas asimetrías en la forma geométrica de cada dedo. Las yemas de los dedos empiezan a definirse a partir de las séptima semana. A partir de la décima semana, empiezan a formarse las primeras ondulaciones que formarán la huella, patrones que van creciendo y deformándose hasta “rellenar” el dedo completo. La formación de la huella se da por finalizada alrededor de la semana número 19. A partir de ese momento las huellas dactilares ya dejan de cambiar por el resto de la vida del individuo. La figura de arriba ilustra algunos pasos de este proceso (del artículo de Kücken).

¿Por qué se inicia el proceso de formación de las huellas? El modelo de Kücken-Newell se basa las ecuaciones de la elasticidad de von Karman, dos ecuaciones en derivadas parciales acopladas fuertemente no lineales. Sin entrar en detalles técnicos, es el resultado de una deformación (plegamiento) en una capa de células de la piel, la capa basal entre la epidermis y la dermis, que sufre un crecimiento celular rápido que genera esfuerzos que la contraen como una goma elástica, generando el relieve de la huella. La siguiente ilustración muestra el proceso.

dibujo20090409_buckling_model_ridge_formation_basal_layer1

¿Cómo este proceso genera las estructuras de las huellas digitales? Mediante una competición entre diferentes fuerzas, las que forman los plieges de la piel y las que tratan de restringir el crecimiento adaptándose a la forma geométrica de la punta del cada dedo en fase embrionaria. Estos campos de fuerza deforman los patrones que inicialmente emergen logrando que adopten formas diversas. La siguiente figura ejemplifica algunos de estos campos de fuerza y nos presenta un resultado de “huella” generada por simulación numérica de las ecuaciones de Kücken-Newell.

dibujo20090409_elastic_buckling_forces_on_pattern_formation_in_fingerprints

¿Por qué las huellas dactilares son únicas? Porque son el resultado de un proceso de formación de patrones no lineal con fuerte dependencia con las condiciones iniciales. Pequeños cambios en el campo de fuerzas elástico que genera las huellas son amplificados y conducen a grandes cambios en el patrón final. La teoría de Kücken-Newell es matemáticamente bonita y físicamente razonable, pero requiere ser contrastada con resultados experimentales in vivo. No es fácil obtenerlos.

Fuente: Francis (th)E mule Science’s News

Para qué sirven las huellas dactilares de los dedos de las manos

La Naturaleza no inventó las huellas dactilares para facilitar el trabajo de la policía y los CSI. Mejoran nuestro tacto de los detalles más finos de las texturas que tocamos, amplificando las vibraciones en las frecuencias espaciales que mejor estimulan los receptores nerviosos de la piel dedicados a percibir texturas, llamados corpúsculos de Pacini. Lo han demostrado investigadores franceses utilizando dos sensores microelectromecánicos (MEMS) de fuerza, uno liso y el otro corrugado (con “huella” dactilar). Han medido la sensibilidad a vibraciones de ambos sensores al deslizarse por diferentes superficies rugosas y ha resultado que las huellas dactilares amplifican el rango de frecuencias espaciales de los detalles de la superficie que se pueden percibir. Nos lo cuenta Kate Wilcox en “Sensation Swirls,” Scientific American, April 2009, haciéndose eco del artículo de Greg Miller, “Fingerprints Enhance the Sense of Touch,” Science 323: 572-573, 30 January 2009 , que nos comenta el artículo técnico de J. Scheibert, S. Leurent, A. Prevost, and G. Debrégeas, “The Role of Fingerprints in the Coding of Tactile Information Probed with a Biomimetic Sensor,” Science, 323: 1503,  13 March 2009 .

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Los investigadores han utilizado un sensor de microfuerzas microelectromecánico (MEMS), (1) en la figura A, montado sobre una base rígida (2) y recubierto de una capa de elastómero hemisférica (3) cuyo grosor máximo es de 2 mm y cuya superficie puede ser lisa (suave) o corrugada (rugosa con estrías). Este sensor táctil está montado sobre un sistema de doble palanca (4, 5) que permite medir las cargas normales y tangenciales que operan sobre el sistema mediante sensores de posición (6, 7). El sensor táctil se mueve a velocidad constante v (usando un motor) sobre una superficie de cristal corrugada (8) de forma aleatoria (9) que produce una carga normal P. La figura (B) muestra el contacto entre la “huella artificial” y la superficie del cristal y la figura (C) muestra lo mismo para una huella humana.

¿Para qué sirve este trabajo? Este tipo de sensores capaces de excitar los corpúsculos de Pacini podrán ser usados en un futuro como prótesis para las personas que han perdido las huellas dactilares por un accidente (quizás también por los “malvados” que quieran cambiar sus huellas dactilares para no ser reconocidos).

Fuente: Francis (th)E mule Science’s News

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