Efnið var unnið af Josh Cassidy. Þýðing á greininni: Hvernig nef hundsins þíns veit svo mikið.
Á sólríkum degi nálægt Martinez, Kaliforníu, keppir vinalegur þýskur hirðir að nafni Zinka eftir gönguleiðum Briones Regional Park í beisli með skynjurum, rafhlöðum og vírum. Á eftir henni kemur þjálfari hennar, Shay Cook, með langan taum í hendi.
Teymið æfir til að hafa uppi á fólki sem hefur gengið í gegnum erfiða landslag klukkustundum eða jafnvel dögum áður. Leitar- og björgunarþjálfun þeirra gerir þeim kleift að finna eina manneskju í skóginum, sveitinni eða jafnvel iðandi háskólasvæði sem er fullt af nemendum. Þeir leita einnig að týndu fólki sem hefur látist í náttúruhamförum eins og eldsvoða og jarðskjálftum.
En í dag er verkefni þeirra annað: Að hjálpa vísindamönnum í vísindalegri tilraun að komast að því hvernig lykt hverfur með tímanum og hvernig heilinn afkóðar upplýsingar um ósýnilegan heim lyktarinnar sem umlykur okkur.
Sérhver hundaeigandi veit að þeir geta tekið upp lykt sem er ekki í boði fyrir menn. Ein rannsókn leiddi í ljós að hundar geta fundið lykt 100 sinnum betur en menn.
„Ánægjan er að fara út og horfa á leitar- og björgunarhund vinna slóð og finna mann að lokum,“ sagði Judy Ginn, framhaldsnemi í rannsóknarstofu Dr. Lucia Jacobs við UC Berkeley. „Ef þú hefur aldrei séð það áður, þá er þetta alveg ótrúleg sjón.
Jinn er að ljúka rannsókn sem miðar að því að varpa ljósi á furðu flókna spurningu um hvernig hundar geta fylgst með skotmarki með því að nota örlítið magn af lykt sem menn taka ekki einu sinni eftir.
„Reyndar hefur þetta svæði ekki verið rannsakað mjög vel áður,“ sagði hún. „En núna er þetta að koma á skrið.“
Tilraunin er hluti af samstarfi sex háskóla í landinu, styrkt af Heilaframtaki National Science Foundation. Það heitir Odor Navigation Project. Þátttakendur frá ýmsum sviðum rannsókna, þar á meðal hegðun dýra, erfðafræði, lífeðlisfræði og vökvafræði, hafa komið saman til að rannsaka hvernig dýr nota lykt til að skilja umhverfi sitt.
Landsverkefnið hefur víðtækt markmið: að hjálpa til við að þróa skilvirkari tæki - kannski jafnvel nýja kynslóð vélmenna sem geta leitað að ákveðinni lykt: sprengiefni, lyfjum og öðrum hættulegum efnum á flugvöllum, neðanjarðarlestum, verksmiðjum og víðar.
Jinn setti upp tilraun þar sem „brautargengi“ fylgdi fyrirfram ákveðna leið yfir gróft landslag í garðinum. Hún notaði síðan GPS og aðra skynjara sem voru tengdir við taum leitarhundsins til að skrá hversu nákvæmlega Zinka fylgdi slóð aukamannsins.
Í tilrauninni náði slóðasetti einn klukkutíma forskot - þó að Zinka geti fylgst með fólki jafnvel eftir nokkra daga. Jafnvel rigningin stoppar hana ekki.
Í kjölfar leitarhópsins með færanlega veðurstöð komst Jinn að því að hundurinn fylgdi slóð aukabúnaðarins nákvæmari í miklum raka. Hún sagðist halda að rakastigið gæti hjálpað til við að fanga arómatísku agnirnar á jörðu niðri og gróður og koma í veg fyrir að þær berist með vindinum. Jinn vonast til að niðurstöður hennar verði birtar á þessu ári.
Vísindamenn eru enn ekki sammála um hvað hundar heyra nákvæmlega. Jinn trúir því að hundar skynji gufuspor sem losna úr örsmáum frumum dauðrar húðar, hárs og svita sem fólk missir þegar það gengur.
John Crimaldi, sem lærir vökvafræði við háskólann í Colorado í Boulder, rannsakar sjálfur uppbyggingu lyktar. Hann er leiðandi rannsakandi verkefnisins. Crimaldi og rannsóknarstofa hans nota sérstaka tækni til að rannsaka eðlisfræði hvernig lykt ferðast um loft og vatn.
Það kemur í ljós að það eru hversdagsleg dæmi um hvernig ósýnileg lykt dreifist í kringum okkur.
„Þegar þú sérð reykinn koma út úr pípunni eða hvernig mjólkin freyðir þegar þú hellir henni í kaffið þitt, þá hafa þau mjög flókna uppbyggingu,“ sagði Crimaldi. "Í rauninni nota þeir allir sömu eðlisfræðina."
Ein af rannsóknum Crimaldi felst í því að nota leysir til að mæla hvernig flúrljómandi litarefni dreifist í stórum tanki af vatni. Vísindamenn nota gögn um hvernig litarefnið er ójafnt
dreifist með tímanum til að búa til tölvulíkön sem endurskapa hreyfingu efna.
Rannsakendur keyra síðan ýmis tölvuforrit sem reyna á getu þeirra til að reikna upprunann. Crimaldi vill komast að því hvaða reiknirit þekkja betur uppruna lyktarinnar í líkaninu.
„Að lokum viljum við byggja vélrænt líkan þannig að við getum raunverulega skilið hvernig heilinn virkar þegar leitað er að lyktaruppsprettu,“ sagði hann. "Við viljum finna bestu aðferðir sem hægt er að nota til að forrita vélmenni til að sinna svipuðum verkefnum, svo sem leit og björgun."
Á meðan Crimaldi rannsakar uppbyggingu lyktarinnar, eru aðrar rannsóknarstofur sem taka þátt í lyktarleiðsöguverkefninu að einbeita sér að verkfærunum sem dýr nota til að greina lykt með því að „móta nef hundsins“.
Brent Craven og samstarfsmenn hans unnu við Pennsylvania State University og rannsökuðu líffærafræði nefs hunds og hvernig loft fer í gegnum það.
Craven og samstarfsmenn hans nota skönnunartækni eins og segulómun til að skoða inn í höfuðkúpum ýmissa spendýra. Þeir komust að því að mörg dýranna sem talið er að hafi sterkt lyktarskyn, eins og hundar, hafa tilhneigingu til að hafa svipaða uppbyggingu aftan á nefinu.
"Það er kallað lyktarskynjasvæðið," sagði Craven. „Þetta er blindsvæði aftan á nefinu. Það er þar sem skynfrumurnar eru staðsettar.“
Það er fullt af þunnum beinum sem kallast skeljar, sem eru hulin slímhúð. Beinin eru snúin eins og völundarhús inni í höfuðkúpu hundsins. Skeljarnar eru fóðraðar skynfrumum sem kallast lyktartaugafrumur, sem senda upplýsingar til heilans.
Hundar hafa um 60000 lyktartaugafrumur. Þetta er 15 sinnum meira en hjá mönnum.
Menn eru með lyktartaugafrumur á litlu svæði efst í nefinu. Vegna þess að það er engin sérstök hönnun fyrir staðsetningu þeirra blandast loftið sem fólk þefar saman við restina af loftinu sem við öndum að okkur. Vegna þess að allar skynfrumurnar okkar eru á sama svæði geta þær orðið fyrir loftárás með lykt, sem gerir það erfitt að þekkja einstaka lykt.
En samkvæmt Craven eru hundar ekki einstakir þegar kemur að lyktarskyni þeirra.
Byggt á mannvirkjum sem vísindamenn fundu í segulómskoðun, hafa mörg dýr lyktarskyn sem líkja má við hunda.
"Þeir hafa allir sama lyktarsvæðið," sagði Craven. "En menn og sumir aðrir prímatar eru ekki svo góðir."
Vísindamenn við Pennsylvania State University notuðu skannagögnin til að búa til tölvulíkan sem líkir eftir líffærafræði nefs hunds, að innan sem utan.
Þeir gerðu prófanir í tölvulíkani til að sjá hvernig loft fer í gegnum þunnt mannvirki til að finna vísbendingar sem gætu leitt til nýrrar hönnunar fyrir lyktarskynjara.
Einn kostur sem hundar hafa umfram menn er lögun nösanna. Nánar tiltekið, rifurnar á hliðum nösanna.
Matthew Steimates er vélaverkfræðingur hjá National Institute of Standards and Technology, rannsóknarstofu alríkisstjórnarinnar í Gaithersburg, Maryland. Hann rannsakar leiðir til að bæta skynjara fyrir sprengiefni, lyf og eitruð iðnaðarefni. Og fyrir þetta hefur Steimates áhuga á því hvernig lögun nasir hunda hjálpar þeim að bera kennsl á lykt svo nákvæmlega.
Staimates, sem er styrkt sérstaklega frá lyktarleiðsöguverkefninu, tók tölvulíkan af nefi hunds þróað í Pennsylvaníu og þrívíddarprentað það til að búa til líffærafræðilega rétt gervihundasnef, heill með túrbíntum og lyktarsvæði.
Hann bætti loftslöngu við neflíkan hundsins til að líkja eftir náttúrulegum þefahraða hundsins. Hundar þefa um það bil fimm sinnum á sekúndu.
„Hann þefar eins og alvöru hundur,“ sagði Staimates.
Með því að skoða nefið með því að nota sérstaka myndbandsupptökutækni sem kallast Schlieren-aðferðin, gat Steimates séð hvernig lögun nösa hunda gerir þeim kleift að anda að sér að framan og blása síðan útöndunarloftinu aftur og til hliðar. Þetta skapar samstundis lágþrýstingssvæði framan á nefi hundsins.
Jafnvel þó að gervi nefið sé að anda að sér og anda frá sér sama rúmmáli, neyðist lofti áfram til að fylla þetta lágþrýstingssvæði. Þetta gerir hundunum kleift að fá ferskt sýni af svæðinu fyrir framan þá með hverjum andardrætti.
Með því að líkja eftir lögun nösanna bendir Staimates til þess að nýju skynjararnir gætu ekki aðeins tekið sýnishorn af svæðinu sem er beint við hlið tækjanna, heldur gætu þeir einnig dregið inn loft lengra í burtu, sem leyfði aukið svið.
„Flestir fíkniefna- og efna- og líffræðilegra hættuskynjara í dag draga bara loft í gegnum gat og greina það,“ sagði Staimates. "En hundar eru með virkt sýnatökukerfi sem hefur samskipti við umhverfið á alveg einstakan hátt."
Algengar spurningar: Hvernig veit nef hundsins þíns svona mikið?
Hundar hafa um 60 lyktartaugafrumur, sem er 000 sinnum meira en menn. Þetta gerir þeim kleift að greina minnstu leifar af lykt sem menn geta ekki skynjað.
Hundar taka upp lyktina af dauðum húðfrumum, svita og hári sem menn skilja eftir sig. Jafnvel eftir nokkra daga eða við slæmar aðstæður eins og rigningu, geta þeir samt fundið þessi lög.
Uppbygging nefanna, þar á meðal lyktartaugafrumna og sérstakar raufar á hliðum nösanna, gerir hundum kleift að fanga og greina lykt á skilvirkan hátt á meðan þeir halda stöðugu flæði fersku lofts.
Lykt berst um loft og vatn á sama hátt og reykur eða vökvi berst í gegnum umhverfið. Þessar flóknu lyktarbyggingar geta hundurinn greint frá þökk sé einstaka lyktarbúnaði hans.
Vísindamenn eru að gera tilraunir með GPS og skynjara á hundum til að fylgjast með nákvæmni þeirra og nota tölvulíkön til að skilja hvernig nef hunds hefur samskipti við lykt.
Já, raki hjálpar lyktinni að haldast á yfirborði jarðar og gróðurs, sem gerir þá aðgengilegri fyrir hunda. Í þurru veðri hverfur lyktin hraðar.
Hundar geta þefað allt að fimm sinnum á sekúndu og búið til svæði með lágþrýstingi fyrir framan nefið á þeim. Þetta hjálpar þeim að fá stöðugt ferska skammta af ilm, sem bætir getu þeirra til að greina umhverfi sitt.
Hliðarraufurnar hjálpa til við að beina útöndunarloftinu til hliðanna þannig að það blandast ekki nýju lyktinni sem hundurinn andar að sér að framan, sem eykur skilvirkni leitarinnar.
Vísindamenn nota þrívíddarlíkön af nefi hunds til að rannsaka hvernig það virkar. Þetta gæti hjálpað til við að búa til nýja tækni fyrir lyktarskynjara, svo sem að greina sprengiefni eða efni.
Markmið núverandi rannsókna er að búa til vélrænt líkan af því hvernig nefið virkar til að þróa vélmenni og tæki sem geta leitað að lykt á jafn áhrifaríkan hátt og hundar, til dæmis til björgunaraðgerða eða leit að hættulegum efnum.
Höfundur ritsins
Við mælum með að þú lesir og takir eftir öllum ályktunum á vefsíðunni okkar að eigin vali. Ekki taka sjálfslyf! Í greinum okkar söfnum við nýjustu vísindagögnum og álitum viðurkenndra sérfræðinga á heilbrigðissviði. En mundu: aðeins læknir getur greint og ávísað meðferð.
Gáttin er ætluð notendum eldri en 13 ára. Sum efni henta hugsanlega ekki börnum yngri en 16 ára. Við söfnum ekki persónuupplýsingum frá börnum yngri en 13 ára án samþykkis foreldra.
