Por qué tus huellas dactilares son únicas y cómo las teorías de Turing han ayudado a descifrar el enigma

La ciencia ha saldado una deuda que tenía pendiente con las huellas dactilares. Sus exclusivos arcos, bucles y remolinos ya llamaron la atención en la antigua China y comenzaron a usarse allí como método de identificación y como prueba en juicios por robo en el siglo III antes de Cristo. Sin embargo, no fue hasta hace unos 200 años que los científicos europeos se dieron cuenta de que esos patrones en la piel (a los que llamaron dermatoglifos) son únicos para cada persona. A principios del siglo XX, las huellas dactilares impulsaron la ciencia forense y siguen siendo un icono de la resolución de crímenes y misterios. Pero hasta ahora seguían encerrando un secreto en sí mismas: ¿por qué son únicas?

Un grupo de investigadores acaba de publicar un estudio que prácticamente deja el sello de “caso resuelto” a este enigma científico. Y lo han hecho siguiendo la sorprendente pista matemática que dejó escrita Alan Turing en su último trabajo publicado en vida, en 1952, poco antes de ser procesado por su homosexualidad. Finalmente, fue condenado y sometido a castración química. Aquel escándalo terminó con la brillante carrera científica del hombre que ayudó a descifrar el código Enigma de los mensajes en clave nazis, el padre de los actuales ordenadores y el pionero de la inteligencia artificial. Acabó suicidándose en 1954.

Ese testamento científico de Alan Turing ha sido la inspiración para los científicos que en los últimos 25 años han revolucionado nuestro conocimiento sobre el origen de las franjas de las cebras, las manchas de los guepardos o los laberínticos dibujos de los peces globo gigantes, y ahora, también, de las huellas dactilares. Todos estos patrones animales singulares se explican gracias a un modelo matemático conocido como sistema de reacción-difusión de Turing, que también encierra la clave para entender por qué son únicos para cada individuo de su especie. Lo explica Denis Headon, coautor del estudio recientemente publicado en la revista Cell: “Es un sistema que amplifica el azar. Es muy sensible a cualquier pequeñísima variación; por ejemplo, unas pocas células dividiéndose más rápido que otras durante el desarrollo embrionario. Y convierte esa variación aleatoria en un resultado apreciablemente diferente”.

En el laboratorio que dirige en el Instituto Roslin de Edimburgo, el mismo centro científico en el que fue creada la oveja Dolly, el equipo de Headon investiga el desarrollo de la piel humana, para entender cómo madura durante la gestación para producir derivados de la piel como los dientes, los folículos capilares o las glándulas sudoríparas. En esa línea se enmarca su reciente estudio sobre las huellas dactilares, que profundiza en detalles inexplorados hasta ahora sobre la formación de estos patrones en la piel.

La investigación del origen de los dermatoglifos se intensificó hace dos décadas. Desde entonces sabemos que hacia el tercer mes de gestación las crestas de las huellas dactilares surgen en tres zonas diferentes de cada dedo (en la punta, en el centro de la yema y en el pliegue inferior) y se empiezan a extender como ondas. La evolución y el encuentro de esos tres frentes de ondas da lugar a un patrón que es único para cada dedo humano, aunque en la gran mayoría de los casos el dibujo está dominado por un arco, por un bucle o por un remolino. “El proceso comienza a ser visible hacia el final de la semana 12 en la punta del dedo y el patrón queda definido ya durante la semana 14 de gestación, aunque a partir de ahí sigan completándose detalles finos como la aparición de las glándulas sudoríparas, que al registrar una huella dactilar se ven como puntos”, aclara James Glover, autor principal del estudio.

Pero el equipo de Headon y Glover quiso ir más allá de precisar las semanas en las que se forman las huellas dactilares y de profundizar en otros pequeños detalles con las nuevas técnicas de análisis bioinformático disponibles ahora. “Una gran novedad de esta investigación es que ha conseguido demostrar que el proceso de formación de estos patrones sigue un mecanismo autoorganizativo tipo Turing, con la difusión célula a célula de señales moleculares de proteínas WNT y de proteínas BMP, una pareja bioquímica que aparece en muchos procesos de crecimiento controlándose mutuamente”, explica Marian Ros, investigadora en biología del desarrollo en el Instituto de Biotecnología y Biomedicina de Cantabria.

Una vez demostrada la presencia de un sistema de reacción-difusión de Turing, en el que el activador WNT y el inhibidor BMP controlan el periodo de las ondas que van creando las huellas, los investigadores pudieron usar ese modelo matemático para recrear mediante simulaciones los tipos principales de huellas dactilares. También comprobaron que los detalles de esos patrones varían al cambiar ligeramente la localización exacta de los puntos desde los que se inician esas ondas, o el momento en el que comenzaban a irradiar. Pero además de esos factores, los autores recalcan que la propia aleatoriedad de los sistemas de Turing hace que las huellas dactilares siempre vayan a ser diferentes: “Incluso en el caso de hermanos gemelos, con un ADN 100% idéntico, hay una coincidencia de arcos y bucles en sus dedos mayor que si comparamos sus huellas con las del resto de la población, pero no son iguales. No hay una determinación genética completa, aunque los genes influyan”, advierte Headon, también autor de un estudio previo que identificó los genes implicados en este proceso.

Para James Sharpe, director del Laboratorio Europeo de Biología Molecular de Barcelona, “ese efecto mariposa, por el que pequeñas fluctuaciones infinitesimales producen patrones diferentes en sistemas tipo Turing, es lo que ha hecho las huellas dactilares tan útiles para los criminólogos”.

Mucho más que unas simples arrugas

La relevancia de esta investigación no se limita a comprender por qué las huellas dactilares son únicas, sino que entierra la vieja idea de que son simples arruguitas en la piel, que se crean por tensiones y movimientos durante el desarrollo embrionario, según explica Marian Ros: “Son un derivado epidérmico más, como el pelo, las uñas o las glándulas mamarias. Y los autores demuestran convincentemente que se forman por crecimiento diferencial y que tienen un programa de desarrollo específico”. El equipo de Headon y Glover detalla en su estudio que las crestas de las huellas dactilares son como folículos capilares que se quedan a medio hacer, pues el comienzo de su desarrollo es exactamente igual.

Si la función del pelo que sale de los folículos capilares es bien conocida, todavía se requieren más estudios para confirmar cuál es la función de las huellas dactilares (se cree que dan más agarre y sensibilidad a los dedos), al margen de las utilidades que les damos como sistema de identificación personal y para el diagnóstico de algunas enfermedades. También tienen estos patrones en los dedos nuestros parientes más cercanos (chimpancés, bonobos, gorilas y orangutanes), otros primates e incluso los koalas, una especie muchísimo más distante en el árbol evolutivo, pero que de todos los animales es el que tiene las huellas dactilares más similares a las humanas.

En cuanto a la importancia de que detrás de la formación de nuestras huellas dactilares haya un sistema de tipo Turing, Denis Headon no le da mayor trascendencia que la de haber encontrado una herramienta matemática útil para interpretar los resultados de sus investigaciones. Sin embargo, James Sharpe, quien usó patrones de Turing para explicar la formación de los dedos, demuestra mucho más entusiasmo con este descubrimiento, porque reivindica la genialidad de Alan Turing “al concebir en 1952, antes del descubrimiento del ADN y de la revolución de la biología molecular, un sistema por el cual la interacción entre dos simples componentes puede generar patrones biológicos tan complejos y que rompen la simetría”.

Tras descifrar códigos criptográficos durante la Segunda Guerra Mundial y haber ayudado así a frenar el avance nazi, Turing habría logrado descifrar el código de cómo los seres vivos fabrican sus propias partes. Siete décadas después, tanto Denis Headon como James Sharpe han aplicado con éxito ese código y ambos coinciden en una valoración final. Piensan que la importancia de seguir encontrando y estudiando patrones de Turing en la naturaleza es que nos ayuda a responder una pregunta fundamental, uno de los grandes misterios de la biología: ¿cómo pueden autoorganizarse unas simples células para colaborar entre sí y crear cosas complejas como tejidos y órganos?