Warum sind Fingerabdrücke einzigartig? Ein Muster, das im Mutterleib entsteht

Beim Entsperren des Handys, bei der Passkontrolle oder im Krimi spielen Fingerabdrücke immer dieselbe Rolle: eine einzigartige Signatur, die einen Menschen von allen anderen unterscheidet. Jeder der über 8 Milliarden Menschen auf der Erde hat andere Fingerabdrücke. Wie entstehen diese Muster – und warum haben selbst Zwillinge mit gleichen Genen verschiedene Abdrücke?

Was ist ein Fingerabdruck?

Die Haut an Fingerspitzen, Handflächen und Fußsohlen ist anders als am übrigen Körper. Sie trägt ein Muster aus feinen, erhabenen Papillarleisten, getrennt durch Furchen. Die Wissenschaft spricht von Dermatoglyphen.

Entlang jeder Leiste reihen sich Schweißporen. Berührst du eine Fläche, hinterlassen Schweiß und Hautfett der Leisten eine unsichtbare Kopie – das, was die Polizei „Fingerabdruck“ nennt.

Drei Grundmuster

Fingerabdrücke sind unendlich vielfältig, lassen sich aber drei Hauptmustern zuordnen:

• Schleife: Die Leisten treten auf einer Seite des Fingers ein, biegen um und verlassen ihn auf derselben Seite. Das häufigste Muster, etwa 60–65 % aller Fingerabdrücke.
• Wirbel: Die Leisten bilden Kreise oder Spiralen um die Mitte, bei etwa 30–35 %.
• Bogen: Die Leisten laufen von einer Seite zur anderen und wölben sich in der Mitte leicht auf. Das seltenste Muster, etwa 5 %.

Die eigentliche Einzigartigkeit steckt in den Details innerhalb dieser Muster. Die Stellen, an denen Leisten enden, sich gabeln oder vereinigen, heißen Minuzien. Ein einziger Fingerabdruck enthält Hunderte davon, und Erkennungssysteme vergleichen ihre Lage.

Eine Geschichte, die im Mutterleib beginnt

Fingerabdrücke entstehen lange vor der Geburt. Etwa in der 10. Schwangerschaftswoche bilden sich an den Fingerspitzen des Fötus pralle Polster. Sie schrumpfen allmählich, und bis etwa zur 17. Woche ist das Leistenmuster fertig – und verändert sich ein Leben lang kaum.

Die große Entdeckung von 2023: Wellen

Wie genau Fingerabdrücke entstehen, war lange ein Rätsel. 2023 lieferten Denis Headon und Kollegen von der University of Edinburgh gemeinsam mit einer Forschungsgruppe in China eine wichtige Antwort.

Sie entdeckten, dass drei Familien von Signalmolekülen bei der Leistenbildung zusammenarbeiten:

• WNT-Signale fördern die Leistenbildung,
• ein weiterer Signalweg, EDAR, unterstützt die Leisten ebenfalls,
• BMP-Signale unterdrücken die Leistenbildung in den Zwischenräumen.

Indem sich diese Moleküle gegenseitig anregen und hemmen, entsteht ein musterbildendes System von der Art, wie es der Mathematiker Alan Turing 1952 vorgeschlagen hatte. Viele Muster in der Natur, von Zebrastreifen bis zu Leopardenflecken, entstehen vermutlich so.

Besonders überraschend: Die Leisten entstehen nicht überall gleichzeitig. Sie breiten sich vielmehr als Wellen aus, die an drei verschiedenen Punkten beginnen:

1. in der Mitte der Fingerbeere,
2. an der Fingerspitze,
3. an der ersten Gelenkfalte des Fingers.

Die drei Wellen breiten sich aufeinander zu, und wo sie zusammentreffen, formt sich das Muster. Wann die Wellen starten und wie schnell sie sich ausbreiten, hängt von der Fingerform und der Größe des Polsters ab:

• Startet die Welle aus der Mitte früh und kräftig, bilden die Leisten Kreise – einen Wirbel.
• Sind die Wellen zu einer Seite des Polsters verschoben, entsteht eine Schleife.
• Ist das Polster klein und sind die Wellen schwach, laufen die Leisten quer – ein Bogen.

Warum haben eineiige Zwillinge verschiedene Abdrücke?

Eineiige Zwillinge haben fast dieselbe DNA und dennoch unterschiedliche Fingerabdrücke – weil Fingerabdrücke nicht allein von Genen bestimmt werden.

Gene beeinflussen den allgemeinen Mustertyp, weshalb sich die Muster von Zwillingen oft ähneln. Startpunkt und Zeitpunkt der Wellen werden aber von kleinen Unterschieden beeinflusst wie

• der Lage des Fötus in der Gebärmutter,
• der Durchblutung der Finger,
• dem Wachstumstempo von Fingern und Polstern,
• dem Druck des Fruchtwassers und den Bewegungen des Fötus.

Diese winzigen Zufälle machen die Stellen, an denen Leisten enden und sich gabeln, bei jedem Menschen einzigartig. Selbst die zehn Finger eines Menschen haben alle verschiedene Abdrücke.

Wozu dienen Fingerabdrücke?

Diese Frage ist noch offen. Lange glaubte man, sie verbesserten den Griff und erhöhten die Reibung wie das Profil eines Reifens. Experimente ergaben ein komplizierteres Bild:

• Auf glatten, trockenen Flächen können die Leisten die Reibung sogar etwas verringern, weil sie die Kontaktfläche verkleinern.
• Auf nassen Flächen helfen die Furchen womöglich, Wasser abzuleiten.

Überzeugender ist eine Erklärung über den Tastsinn. 2009 bauten Forschende in Frankreich einen künstlichen Tastsensor mit fingerabdruckähnlichen Leisten. Über eine raue Oberfläche geführt, erfasste der Sensor mit Leisten die Vibrationen feiner Strukturen viel besser als ein glatter. Fingerabdrücke helfen uns also vermutlich, die Struktur eines Stoffes oder winzige Unebenheiten zu ertasten.

Die kriminalistische Geschichte des Fingerabdrucks

Als Signatur werden Fingerabdrücke seit Jahrtausenden genutzt; im alten Babylon und in China drückte man sie in Tontafeln und Dokumente. Die moderne Kriminalistik nutzt sie seit dem späten 19. Jahrhundert:

• Der britische Forscher Francis Galton untersuchte in den 1890er-Jahren systematisch die Einzigartigkeit und Beständigkeit von Fingerabdrücken.
• Der argentinische Polizist Juan Vucetich klärte 1892 erstmals einen Mord mithilfe eines Fingerabdrucks auf.
• In Deutschland führte die Polizei in Dresden 1903 die Daktyloskopie ein, bald folgten andere Länder mit eigenen Fingerabdruckarchiven.

Heute ist die Fingerabdruckerkennung Teil des Alltags, vom Handy bis zur Grenzkontrolle.

Ohne Fingerabdrücke geboren

Bei der äußerst seltenen genetischen Adermatoglyphie kommen Menschen ohne Fingerabdrücke zur Welt. Sie wurde weltweit nur in wenigen Familien gefunden. 2011 brachten Forschende sie mit einer Veränderung im Gen SMARCAD1 in Verbindung. Scherzhaft heißt sie auch „Einwanderungsverzögerungskrankheit“, weil Betroffene an Grenzen mit Fingerabdruckpflicht Probleme bekommen können.

Kurz gesagt

Fingerabdrücke entstehen etwa zwischen der 10. und 17. Schwangerschaftswoche als Wellen, die Signalmoleküle durch gegenseitiges Verstärken und Hemmen erzeugen. Die Wellen starten an Fingerspitze, Fingerbeerenmitte und Gelenkfalte; wo sie sich treffen, entsteht eine Schleife, ein Wirbel oder ein Bogen. Kleine Zufälle beim Start dieser Wellen sorgen dafür, dass selbst eineiige Zwillinge verschiedene Abdrücke haben. Fingerabdrücke sind beides: eine Signatur, die uns einzigartig macht, und ein Werkzeug, das unseren Tastsinn schärft.