Как животные отслеживают запах

КРЕДИТ: ЗНАЧИМЫЙ ЖУРНАЛ

Стратегия, которую животное использует для отслеживания запаха, зависит от ряда факторов, включая форму тела животного и степень турбулентности шлейфа запаха.

Найти источник клубящегося ароматического шлейфа непросто. Ученые используют эксперименты и моделирование, чтобы раскрыть различные стратегии, которые используют животные.

Дана Маккензи, 06.03.2023

Поддерживайте здравую науку и умные историиПомогите нам сделать научные знания доступными для всех.Пожертвуйте сегодня

2 октября 2022 года, через четыре дня после того, как ураган «Иан» обрушился на Флориду, поисково-спасательный ротвейлер по имени Арес гулял по разрушенным улицам Форт-Майерса, когда настал момент, к которому он готовился. Арес уловил запах разрушенного дома и помчался наверх, а его проводник шел за ним, осторожно пробираясь сквозь обломки.

Они нашли мужчину, который был заперт в своей ванной комнате на два дня после того, как обрушился потолок. Около 152 человек погибли во время Яна, одного из самых сильных ураганов во Флориде, но этот счастливчик выжил благодаря способности Ареса следовать по запаху до его источника. .

Мы часто считаем само собой разумеющимся способность собаки найти человека, похороненного под обломками, способность мотылька следовать по запаху к своему партнеру или комара учуять запах углекислого газа, который вы выдыхаете. Однако ориентироваться с помощью носа сложнее, чем может показаться, и ученые все еще выясняют, как животные это делают.

«Что осложняет задачу, так это то, что запахи, в отличие от света и звука, не распространяются по прямой линии», — говорит Гаутам Редди, биофизик из Гарвардского университета, который был соавтором исследования того, как животные находят источники запаха, в Ежегодном обзоре за 2022 год. физики конденсированного состояния. Вы можете увидеть проблему, взглянув на шлейф сигаретного дыма. Сначала он поднимается и движется по более или менее прямой траектории, но очень скоро начинает колебаться и, наконец, начинает хаотично падать, в процессе, называемом турбулентным потоком. Как могло животное пройти по такому запутанному маршруту обратно к своему происхождению?

За последние пару десятилетий набор новых высокотехнологичных инструментов, от генетической модификации до виртуальной реальности и математических моделей, позволил исследовать обонятельную навигацию радикально разными способами. Стратегии, которые используют животные, а также их успех зависят от множества факторов, включая форму тела животного, его когнитивные способности и степень турбулентности в шлейфе запаха. Однажды это растущее понимание может помочь ученым разработать роботов, которые смогут выполнять задачи, в решении которых мы сейчас зависим от животных: собаки для поиска пропавших людей, свиньи для поиска трюфелей и, иногда, крысы для поиска мин.

Кажется, что проблема отслеживания запаха должна иметь элементарное решение: просто принюхаться и направиться в том направлении, где запах сильнее всего. Продолжайте, пока не найдете источник.

Поисково-спасательные собаки полагаются на сложные запахи, чтобы найти жертв, спрятанных под завалами. Сочетание превосходных датчиков запаха и стратегий поиска может стать ключом к способностям животных, которые намного превосходят возможности роботизированных устройств.

КРЕДИТ: ISTOCK.COM / EGON69.

Эта стратегия, называемая поиском градиента или хемотаксисом, работает очень хорошо, если молекулы запаха распределены в хорошо перемешанном тумане, что является конечной стадией процесса, известного как диффузия. Но диффузия происходит очень медленно, поэтому тщательное перемешивание может занять длительное время. В большинстве естественных ситуаций запахи распространяются по воздуху узким и резко очерченным потоком или шлейфом. Такие шлейфы и запахи, которые они передают, распространяются гораздо быстрее, чем при диффузии. В некотором смысле это хорошая новость для хищника, который не может позволить себе часами ждать, чтобы выследить свою жертву. Но новости не все хорошие: шлейфы запахов почти всегда турбулентны, а турбулентный поток делает поиск по градиенту крайне неэффективным. В любой момент вполне возможно, что направление, в котором запах усиливается быстрее всего, может указывать в сторону от источника.