Που οφείλεται η “ισχυρή” όσφρηση της γάτας;

Σύμφωνα με την πρώτη λεπτομερή ανάλυση του ρινικού αεραγωγού της οικόσιτης γάτας, μια πολύπλοκη συλλογή σφιχτά κουλουριασμένων οστέινων δομών αποτελεί το μυστικό για την αυξημένη ικανότητα όσφρησης της γάτας

Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα τρισδιάστατο υπολογιστικό μοντέλο της μύτης της γάτας και προσομοίωσαν τον τρόπο με τον οποίο μια εισπνοή αέρα που περιέχει κοινές οσμές τροφών για γάτες, ρέει μέσα από τις σπειροειδείς δομές. Διαπίστωσαν ότι ο αέρας χωρίζεται σε δύο ρεύματα ροής, ένα που καθαρίζεται και υγραίνεται και ένα άλλο που παρέχει την οσμή γρήγορα και αποτελεσματικά στο σύστημα που είναι υπεύθυνο για τη μυρωδιά – την οσφρητική περιοχή.

Στην ουσία,  οι ερευνητές προτείνουν ότι η μύτη της γάτας λειτουργεί ως ένας εξαιρετικά αποτελεσματικός και διπλής χρήσης χρωματογράφος αερίων – ένα εργαλείο που, στο εργαστήριο, ανιχνεύει και διαχωρίζει τις χημικές ουσίες σε εξατμισμένη μορφή. Στην πραγματικότητα, η μύτη της γάτας είναι τόσο αποτελεσματική σε αυτό που η δομή της θα μπορούσε να εμπνεύσει βελτιώσεις στους αεριοχρωματογράφους που χρησιμοποιούνται σήμερα.

Ενώ η μακριά μύτη του αλιγάτορα έχει επίσης βρεθεί ότι μιμείται την χρωματογραφία, οι ερευνητές υποθέτουν ότι η συμπαγής κεφαλή της γάτας οδήγησε σε μια εξελικτική αλλαγή που είχε ως αποτέλεσμα τη δαιδαλώδη δομή των αεραγωγών που όχι μόνο ταιριάζει, αλλά βοηθά τις γάτες να προσαρμοστούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα.

Οι ερευνητές είχαν δημιουργήσει στο παρελθόν μοντέλα της μύτης αρουραίου και ανθρώπου για να μελετήσουν τα μοτίβα ροής του αέρα, αλλά το μοντέλο γάτας υψηλής ανάλυσης και τα πειράματα προσομοίωσης είναι τα πιο περίπλοκα μέχρι σήμερα, με βάση τις σαρώσεις micro-CT του κεφαλιού μιας γάτας και την ταυτοποίηση σε μικροσκοπικό επίπεδο των τύπων ιστών σε όλη τη ρινική κοιλότητα.

Κατά τη διάρκεια μιας προσομοιωμένης εισπνοής, οι ερευνητές παρατήρησαν δύο διακριτές περιοχές ροής αέρα – τον αναπνευστικό αέρα που φιλτράρεται και εξαπλώνεται αργά πάνω από την οροφή του στόματος στο δρόμο προς τους πνεύμονες και ένα ξεχωριστό ρεύμα που περιέχει οσμή που κινείται γρήγορα μέσω ενός κεντρικού περάσματος απευθείας στην οσφρητική περιοχή προς το πίσω μέρος της ρινικής κοιλότητας. Η ανάλυση έλαβε υπόψη τόσο τη θέση της ροής όσο και την ταχύτητα της κίνησής της μέσω των κογχών, τις οστέινες δομές στο εσωτερικό της μύτης.

Μετρήθηκε πόση ροή διέρχεται από συγκεκριμένους αγωγούς – έναν αγωγό που παρέχει τις περισσότερες οσφρητικές χημικές ουσίες στην οσφρητική περιοχή, έναντι των υπολοίπων, και αναλύθηκαν τα δύο μοτίβα. Για την αναπνευστική αναπνοή, οι στρόβιλοι διακλαδίζονται για να εκτρέψουν τη ροή σε ξεχωριστά κανάλια, σαν ένα πλέγμα καλοριφέρ σε ένα αυτοκίνητο, το οποίο θα ήταν καλύτερο για τον καθαρισμό και την ύγρανση. Η ανίχνευση των οσμών χρειάζεται να είναι πολύ γρήγορη, οπότε υπάρχει ένας κλάδος που παρέχει οσμή σε υψηλή ταχύτητα, επιτρέποντας ενδεχομένως τη γρήγορη ανίχνευση αντί ο αέρας να φιλτράρεται μέσω της αναπνευστικής ζώνης – θα μπορούσε να χάσετε το μεγαλύτερο μέρος της οσμής εάν ο αέρας έχει καθαριστεί και η διαδικασία επιβραδύνεται. Η προσομοίωση έδειξε επίσης ότι ο αέρας που μεταφέρεται στην οσφρητική περιοχή επανακυκλοφορεί στη συνέχεια σε παράλληλους διαύλους όταν φτάνει εκεί.

Αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που ποσοτικοποιεί τη διαφορά στην αέρια χρωματογραφία μεταξύ θηλαστικών και άλλων ειδών – εκτιμάται ότι η μύτη της γάτας είναι περισσότερο από 100 φορές πιο αποτελεσματική στην ανίχνευση οσμών από μια αμφίβια ευθεία μύτη σε ένα κρανίο παρόμοιου μεγέθους – και να καταλήξει σε μια παράλληλη θεωρία αέριας χρωματογραφίας: παράλληλα οσφρητικά πηνία που τροφοδοτούνται από το ρεύμα υψηλής ταχύτητας για να αυξήσουν το αποτελεσματικό μήκος της διαδρομής ροής ενώ επιβραδύνουν την τοπική ταχύτητα ροής του αέρα, ενδεχομένως για καλύτερη επεξεργασία της οσμής.

Γνωρίζουμε τόσα πολλά για την όραση και την ακοή, αλλά όχι τόσο για την όσφρηση. Αυτό το έργο θα μπορούσε να οδηγήσει σε μεγαλύτερη κατανόηση των εξελικτικών μονοπατιών πίσω από τις διαφορετικές δομές της μύτης και του λειτουργικού σκοπού που εξυπηρετούν.

H έρευνα δημοσιεύτηκε τον Ιούνιο 2023 στο PLOS Computational Biology.

Καφάσης Θεόδωρος