955
Турбулентні потоки повітря не просто розносять запахи, а й систематично змінюють їхні сигнали під час руху. До такого висновку дійшла команда з Університету Колорадо в Боулдері (CU Boulder), результати якої можуть пояснити, як тварини за допомогою нюху знаходять джерело запаху, і допомогти створювати роботів, здатних «винюхувати» людей чи небезпечні речовини. Про це йдеться в матеріалі Newswise Science News.
Дослідники показали, що турбулентне повітря систематично змінює час надходження та частоту запахових сигналів, поки вони рухаються від джерела до носа. Такі перетворення можуть давати тваринам підказки про відстань і напрямок до джерела запаху.
Як вивчали невидимі шлейфи запахів
Команда CU Boulder використала лазери та комп’ютерне моделювання, щоб «побачити» невидимі шлейфи запахів у турбулентному повітрі. Робота виконана в межах міжнародної дослідницької мережі Odor2Action, яка об’єднує фахівців із 16 установ і вивчає, як тварини використовують запахи для керування природною поведінкою.
Провідна авторка дослідження, постдокторантка Елль Старк (Elle Stark) з кафедри цивільної, екологічної та архітектурної інженерії CU Boulder, пояснює, що розуміння того, як повітря і вітер трансформують запахові сигнали, допомагає краще описати навігацію тварин. У перспективі це може бути використано для створення технологій — від пошуково-рятувальних роботів до систем виявлення витоків небезпечних хімікатів.
Робота, опублікована на обкладинці журналу PRX Life, поєднує фізику й нейронауку завдяки співпраці інженерів CU Boulder з нейробіологом Джонатаном Віктором (Jonathan Victor) з Weill Cornell Medicine.
Частоти запаху: як турбулентність «переписує» сигнал
Щоб описати, як змінюється запах у повітрі, команда класифікувала запахові сигнали за частотами, які вони містять. За аналогією з тим, як ми впізнаємо пісню за характерними частотами, «частотний вміст» запахового сигналу може допомагати тваринам знаходити його джерело.
Дослідники виділили три основні способи, якими турбулентність перетворює запахові сигнали, коли повітря несе їх від джерела:
- «фільтрує» частину частот, послаблюючи деякі компоненти сигналу;
- розмазує інші частоти в часі та просторі, роблячи сигнал більш розтягнутим;
- генерує нові частоти, яких не було в початковому запаховому шлейфі.
Наприклад, уявімо потужний шлейф від дикої квітки бергамоту. Коли запах залишає квітку, турбулентні вихори розтягують цей шлейф у тонкі нитки, які згинаються, розходяться, обертаються та перемішуються. Коли такий шлейф нарешті досягає бджоли, сигнал стає складним і динамічним: може бути сильний «сплеск» запаху, потім короткий подих і далі — період майже чистого повітря.
Попри цю складність, тварини здатні «розшифровувати» такий сигнал і рухатися до джерела. Цей процес називають нюховою навігацією, і тварини вдосконалювали його протягом мільйонів років еволюції.
Як тварини можуть використовувати ці зміни
Команда дослідників висуває гіпотезу, що тварини використовують саме систематичні зміни частот, які виникають між моментом, коли запах залишає квітку, і тим, коли він досягає їхнього нюхового органу. Такі перетворення можуть бути важливими «інгредієнтами» в тому, як мозок інтерпретує запахові сигнали, щоб оцінити відстань і напрямок до джерела.
Співавтор роботи Джон Крімалді (John Crimaldi), професор цивільної, екологічної та архітектурної інженерії та головний керівник мережі Odor2Action, зазначає, що ці систематичні трансформації, ймовірно, є ключовими для того, як тварини перетворюють хаотичний потік запахів на корисну просторову інформацію.
Отримані результати поки що є переважно фізичним описом того, як турбулентне повітря змінює запахові сигнали. Наступні кроки, на які натякає дослідження, — з’ясувати, як саме нервова система різних тварин «зчитує» ці частотні зміни та перетворює їх на поведінкові стратегії пошуку джерела запаху.
Турбулентне повітря змінює запахи і допомагає тваринам орієнтуватися з’явилася спочатку на Цікавості.
