Отличным обонянием кошки обязаны особому строению носовой полости. Часть вдыхаемого воздуха сразу поступает в обонятельную зону, где циркулирует достаточно долго и достаточно медленно, чтобы специальные рецепторы могли уловить как можно больше молекул-одорантов (т.е. несущих запахи).
Сотрудники лаборатории при медицинском колледже Университета Штата Огайо (США) под руководством Кая Жао создали трёхмерную компьютерную модель кошачьего носа и симулировали, как вдыхаемый воздух проходит через носовую полость. Исследование, опубликованное в журнале PLOS Computational Biology1, показало, что вдыхаемый воздух делится на два потока. Первый из них, больший, несёт воздух в ячейки носовых раковин, где тот увлажняется и согревается (можно сравнить с автомобильной решёткой радиатора), а со вторым, меньшим, потоком вещества-одоранты быстро достигают ольфакторной области, откуда и начинается восприятие запахов.
Симуляция показала, что доставленный в ольфакторную зону воздух достаточно долго рециркулирует в ней. Благодаря этому у кошек больше шансов быстро уловить даже слабые запахи: во-первых, не надо ждать, пока воздух профильтруется и увлажнится (и при этом некоторые молекулы могут «потеряться»), а во-вторых, особое строение обонятельной зоны делает её очень эффективной.
Как и у других животных с хорошим обонянием и компактным черепом, обонятельная зона кошек представляет собой извилистую структуру. Это нужно, чтобы воздух находился в ней дольше и двигался медленнее — так повышается вероятность, что рецепторы уловят даже одиночные молекулы, несущие запах.
Авторы исследования сравнили кошачий нос с многоколоночными газовым хроматографом — устройством, в котором можно разделить компоненты газовой смеси и определить её состав.
Общий принцип работы газового хроматографа таков.
Жидкая проба переводится в газ (испаряется) и смешивается с газом-носителем (аргон, азот, водород и др.), эта смесь газов попадает в очень тонкую (диаметром 2-3 мм) и очень длинную (30-50 м) колонку, заполненную сорбентом, и проходит по ней. Для компактности колонка свёрнута в спираль и выглядит как катушка проволоки. Разные вещества связываются с сорбентом на разное время и, соответственно, какие-то из них выходят из колонки раньше, какие-то позже. Далее они улавливаются детектором — так химики могут определить состав пробы: какие вещества в ней есть и сколько. Смысл заполнять колонку сорбентом и сворачивать её в трубку состоит в том, чтобы заставить смесь веществ с оптимальной скоростью пройти как можно больший путь при относительно компактных размерах хроматографа.
Так вот, ольфакторная зона кошачьего носа похожа на множество параллельно расположенных колонок, и это значительно повышает чувствительность обоняния, ведь такая система и замедляет поток, и увеличивает длину его пути.
Компьютерная симуляция показала, что обоняние кошки в 100 и более раз эффективнее обоняния амфибий с таким же размером черепа и сопоставимо с собачьим нюхом. По мнению учёных, сложное строение обонятельного аппарата позволяет кошкам приспособиться к разнообразным условиям обитания и успешно выслеживать добычу, определять опасность, находить источники пищи и в целом следить за обстановкой.
- Domestic cato nose functions as a highly efficient coiled parallel gas chromatograph | PLOS Computational Biology ↩︎
Фото обложки: Leonardo Pascual on Unsplash