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Por que temos impressões digitais?


- Atualizado no dia 29 de dezembro de 2020 -

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          As impressões digitais representam padrões de sulcos e elevações nos dedos e outras partes da palma das mãos e dos pés humanos (papilas epidérmicas), os quais desenham marcas na pele que são únicas para cada indivíduo da nossa espécie (Homo sapiens). Na área forense, o estudo das impressões digitais é de extrema importância, e vários crimes já foram solucionados através da análise desses padrões tópicos deixados impressos no local do crime. Além disso, vários sistemas modernos de registro usam as impressões digitais como identificação pessoal para finalidades diversas, como no bloqueio/desbloqueio de tela dos smartphones. Mas por que temos as papilas das impressões digitais nos dedos? Será que elas são ou foram relevantes para a sobrevivência dos humanos?

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   HIPÓTESES TRADICIONAIS

         Nós e diversos outros primatas possuímos impressões digitais nos dedos - cujos sulcos e padrões são conhecidos cientificamente como dermatóglifos. A maior parte das pessoas apenas tende a associar as impressões digitais com a nossa identidade pessoal e solução de crimes, já que elas são diferentes para cada indivíduo, incluindo gêmeos idênticos (1), e não mudam com o passar dos anos. Nos crimes, caso um banco de dados esteja disponível para comparar as impressões digitais, é possível recuperar as marcas deixadas para trás nos objetos manuseados ou tocados pelos criminosos, já que substâncias e lipídios expelidos pelas glândulas sudoríparas e pele em geral acabam servindo de "tinta" e deixam o formato das impressões digitais nas superfícies após o contato, especialmente em superfícies metálicas, vidros e madeira polida (2). E existem três tipos gerais dessas marcas nos dedos, dependendo do formato geral delas, sendo representados pelos arcos, presilhas e verticilo. Mas além dos padrões de identificação individual, as impressões digitais nos dedos podem representar fenotípicos adaptativos selecionados ao longo do processo evolucionário.

 
Tipos gerais de impressões digitais


         No campo da ciência evolutiva, existem algumas hipóteses que buscam explicar a necessidade de impressões digitais nos primatas, mas ainda hoje os pesquisadores não chegaram a um consenso - apesar do problema ter sido potencialmente solucionado com um estudo mais recente (!). Aliás, não só primatas, mas coalas (Phascolarctos cinereus) escaladores de árvores também possuem padrões similares a impressões digitais nos dedos. E não só nos dedos: alguns macacos aqui na América-do-Sul também possuem esses padrões nas suas caudas usadas para a pegada em galhos.

         Nesse sentido, uma das ideias mais defendidas - e que persiste por mais de 100 anos - afirma que as papilas das impressões digitais servem para dar maior atrito de pegada em superfícies mais lisas ou escorregadias, ou seja, garantiriam uma pegada mais firme e segura nos objetos sendo manipulados. Assim como as estrias de um pneu de carro, essas marcas nos nossos dedos serviriam para proporcionar um atrito extra. Outros primatas, como os chimpanzés (gênero Pan), seriam particularmente beneficiados com esse atrito extra, por dependerem de uma excelente pegada para suas acrobacias nas árvores, sendo o mesmo válido para os nossos ancestrais das florestas (arborícolas). Essa hipótese engloba também os dedos dos pés ("anti-derrapagem"), os quais também possuem os relevos epidérmicos das impressões digitais e são usados extensivamente pelos primatas arborícolas como pegada para movimentação entre os galhos das árvores - apesar de uma função anti-derrapagem ser essencial também para os hominídeos bípedes, como o H. sapiens.

          Apesar de bem tentadora, estudos nos últimos anos fortemente têm sugerido que essa 'hipótese do atrito' pode não ser válida, porque nossa mão parece ter um aspecto de atrito típico de uma borracha, ou seja, quanto maior a área de contato, maior o atrito em superfícies lisas (Ref.2). E como os sulcos das impressões digitais diminuem a área de contato direto da mão, isso acaba sendo meio contraditório com a ideia acima proposta. Talvez para superfície mais ásperas e rugosas - como as cascas de árvores - as impressões digitais possam fazer uma real diferença, onde os sulcos/relevos das papilas poderiam interagir mais com esse tipo de irregularidade, proporcionando maior firmeza de pegada. Essa última hipótese, de fato, traz um mecanismo favorecendo os primatas arborícolas nas florestas. Assim, os hominídeos bípedes apenas teriam herdado esse fenótipo, com este persistindo por não causarem prejuízos de adaptabilidade.

          Seguindo a linha de raciocínio anterior, as impressões digitais podem também ajudar a 'drenar' a água que fica acumulada na superfície dos nosso dedos, facilitando a pegada em ambientes molhados. Com a água escorrendo para esses sulcos, a superfície dos dedos acabaria ficando menos molhada e o atrito de contato aumentaria. Nesse sentido, as impressões digitais representariam, talvez, uma ajuda extra para outra interessante adaptação das nossas mãos: o enrugamento nos dedos molhados. Esse tema foi discutido em mais detalhes no artigo Por que os nossos dedos ficam enrugados na água?

           Outra interessante hipótese defende que as impressões digitais serviriam para auxiliar as nossas sensações de toque. Um estudo de 2009, publicado na Science (Ref.3), mostrou que a presença dos relevos das impressões digitais nas mãos são como amplificadores das vibrações sentidas nessas regiões quando interagem com uma superfície, aumentando a sensibilidade do sinal sendo passado para os nervos sensitivos. Assim, a textura e forma dos objetos seriam melhor percebidas pela presença das impressões digitais, algo extremamente importante para uma melhor exploração do ambiente ao nosso redor e, portanto, uma ferramenta a mais de sobrevivência.

          Mas, aí, vem outra pergunta: por que as papilas das impressões digitais possuem formatos circulares, em padrões tão bem alinhados em suas curvaturas? Bem, os cientistas ainda não têm uma resposta segura para isso, mas pode ser que para manter o atrito/interação o máximo possível, para aumentar a sensibilidade do toque, ou para melhorar a pegada, os relevos circulares fariam com que qualquer sentido (direcional) de toque em uma superfície não se alinhasse com os sulcos das impressões digitais. Assim, evitaria-se que as irregularidades da superfície tocada deslizassem por dentro deles sem encontrar muitas barreiras de atrito (relevos). Os padrões podem também permitir que a pele estique e deforme mais facilmente, protegendo-a de danos. Ou a resposta pode ser mais simples: apenas um capricho fenotípico emergido ao acaso durante nossa evolução, importando apenas sua funcionalidade principal (sentido de toque, atrito, proteção epidérmica e/ou melhor pegada).


Não importaria a direção na passagem dos dedos , a superfície sempre esbarraria de frente com a "parede" dos relevos; nesse sentido, as impressões digitais do tipo 'arco' (primeira à esquerda) seriam os piores tipos para a ação


          Porém, um estudo mais recente pode ter trazido a resposta para esses padrões curvilíneos, 
e, até ser refutado, pode representar a explicação mais compreensiva até o momento para a razão evolutiva das  papilas epidérmicas.

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    SUOR E ATRITO: FINALMENTE UMA RESPOSTA?

           As hipóteses relacionando os sulcos das impressões digitais e fricção são as que carregam naturalmente maior peso de evidências. Pegada - com os pés e, principalmente, com as mãos - é algo central para várias das nossas atividades e de outros primatas, incluindo o uso de ferramentas diversas, escalada de árvores, e manipulação precisa de objetos em geral. No entanto, como já explorado, existem limitações nas propostas tradicionais dessas hipóteses.

          Nesse sentido, um estudo recentemente publicado no periódico PNAS (Ref.14) resolveu explorar mais a fundo essas hipóteses, adicionando um novo elemento: suor, este o qual tem demonstrado melhorar a pegada em experimentos com animais não-primatas. Sem aparente motivo, a palma das mãos e dos pés trazem uma alta quantidade de glândulas sudoríparas (>300/cm2) - 25% do total apesar dessas regiões representarem cerca de 5% da área de pele no corpo - e, diferente de outras regiões da pele, as glândulas sudoríparas localizadas abaixo dos sulcos respondem a estados emocionais e ansiedade, ou seja, uma resposta "lute ou fuja" (!).




           No estudo, os pesquisadores usaram técnicas de medição baseadas em ondas eletromagnéticas com frequências no megahertz (MHz), terahertz (THz), infravermelho (IV) e espectro visível para caracterizar e acompanhar visualmente a evolução temporal da umidade nos sulcos associados às impressões digitais durante a interação (pegada) da palma da mão com a superfície de um vidro transparente.

          Os resultados dos experimentos confirmaram que existe um mecanismo de regulação até o momento não descrito visando otimizar a pegada com a palma das mãos - e provavelmente o mesmo ocorrendo nos pés. Primeiro, os sulcos das impressões digitais agem como arranjos de canais microfluídicos que promovem a evaporação de umidade excessiva enquanto permite a retenção de um certo nível de umidade, hidratando a estrutura de queratina da pele. Segundo, na presença de umidade, as almofadas dos sulcos se tornam macias e conformadas com a superfície de pegada, portanto bloqueando as glândulas sudoríparas e evitando um excesso de suor que poderia diminuir criticamente o atrito através da formação de uma camada fluída de lubrificação hidrodinâmica. A hidratação ideal gerada por esse mecanismo permite o alcance do valor máximo de fricção da pele, independentemente se a pele estava previamente seca ou molhada.


          Inicialmente, os poros de suor estarão desbloqueados, mas à medida que os sulcos se tornam plasticizados um contato mais íntimo é formado, o qual corresponde a um aumento na fricção, até que exista uma cessação da secreção de suor e seja alcançado um nível de hidratação estável e fricção otimizada.

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            Apesar do estudo ter demonstrado o mecanismo de otimização de pegada em uma superfície de vidro, os autores acreditam que o mesmo mecanismo pode ser aplicado para outras superfícies naturais (pedra, madeira, etc.) topograficamente mais irregulares, caso a taxa de absorção de umidade seja menor do que a acumulação de umidade. E até que outro trabalho refute os achados, esse é provavelmente o motivo evolucionário da existência de dermatóglifos nos dedos. A alta quantidade de glândulas sudoríparas e sulcos epidérmicos nas palmas das mãos e dos pés, portanto, forneceram aos primatas e coalas arborícolas vantagem evolucionária em condições secas e úmidas de habilidades manipulativas e locomotivas não disponíveis para outros animais. Em momentos tensos - caça, perseguição, acidentes, etc. - a produção de suor nas mãos é aumentada, garantindo umidade extra para reforçar as pegadas.

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(1) Por causa de fatores epigenéticos ou outros mecanismos bioquímicos responsáveis por plasticidade fenotípicas, gêmeos monozigóticos (idênticos), ou seja, que se originaram de um mesmo zigoto, também possuem impressões digitais diferentes. Mesmo possuindo o mesmo material genético e presença dos mesmos genes, a forma com que estes últimos se expressam em gêmeos idênticos acaba sofrendo uma diferenciação por causa de fatores ambientais. Isso faz com que certos traços no fenótipo sejam diferentes, mesmo que por mínimos detalhes. Na prática, o que tende a ser passado geneticamente (hereditário) são os padrões gerais das impressões digitais (arco, forquilha, etc., e seus subtipos), mas as diferenciações mínimas dentro desses padrões serão aleatórias e únicas para cada indivíduo.

(2) Pesquisas mais recentes tentam rastrear o padrão das impressões digitais presentes em uma população ou grupo humano no intuito de criar ferramentas de identificação étnica. Assim, mesmo se uma impressão digital não estivesse em um banco de dados, seria possível dizer com uma certa confiança de onde aquele indivíduo pode ter vindo. Mas tudo ainda está em ensaios iniciais. Outra forma recente de se usar dados das impressões digitais é na tentativa de identificação do sexo do indivíduo a partir delas. Só que, nesse caso, não seria através dos padrões de relevo nos dedos e, sim, nos aminoácidos secretados pela pele e que ficam impregnados nas impressões digitais dos objetos manipulados pelo indivíduo. Como homens e mulheres possuem um corpo e sistema hormonal diferenciado, mudanças bioquímicas sutis podem ser descobertas apenas com os rastros epiteliais deixados para trás.        
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CURIOSIDADE: Por causa de uma condição genética conhecida como adematoglifia, pessoas podem nascer sem impressões digitais! Muito rara, ela pode gerar grandes transtornos para o indivíduo, já que grande parte dos processos de identificação pessoal hoje confiam no sistema de impressão digital. Certos medicamentos na quimioterapia para tratar cânceres também podem fazer com que as impressões digitais desapareçam.

Indivíduo sem impressões digitais por conta da Adematoglifia


VOCÊ SABIA? Os Chineses representam a primeira cultura conhecida a usarem as impressões digitais como um meio de identificação. O mais antigo exemplo vem de um documento Chinês titulado "O Volume da Investigação de uma Cena de Crime - Roubo", da Dinastia Qin (221 a 206 a.C). O documento contém a descrição de como as impressões digitais das mãos podem ser usadas como um tipo de evidência. Durante a Dinastia Qin até as Dinastias Orientais Han (221 a.C. até 220 d.C.), o mais prevalente exemplo de individualização usando as impressões digitais era visto nos selos de barro. Documentos consistindo de tiras de bambu eram enroladas com cordas e estas seladas com barro. Em um lado do selo de barro era impresso o nome do autor, e, do outro lado, sua impressão digital, visando reforçar o direito de autoria. Após a invenção do papel pelos Chineses, em torno de 105 d.C., a assinatura de documentos com impressões digitais se tornou uma prática comum na China. No Ocidente, o interesse observacional e científico pelas impressões digitais começou apenas nos séculos XVII e XVIII, através de cientistas Europeus, como o  Dr. Nehemiah Grew em trabalhos publicados na década de 1680. Para quem estiver interessado em uma discussão mais ampla sobre o uso das impressões digitais ao longo da história humana, acesse a Ref.12.


REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. http://www.iaeng.org/publication/WCE2016/WCE2016_pp147-151.pdf
  2. http://jeb.biologists.org/content/212/13/i.1.short
  3. http://science.sciencemag.org/content/323/5920/1503.abstract
  4. http://www.scientificamerican.com/article/are-ones-fingerprints-sim/
  5. http://science.sciencemag.org/content/323/5914/572.2
  6. http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/10/80/20120467.short
  7. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166223616300339
  8. http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/10/80/20120467.short
  9. http://phys.org/news/2009-04-fingerprints.html
  10. http://www.papiloscopia.com.br/subtipos.html
  11. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.5b03323
  12. https://www.ncjrs.gov/pdffiles1/nij/225320.pdf
  13. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22840282
  14. https://www.pnas.org/content/117/50/31665