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.
γράφει ο Θεόδωρος Καφάσης
Ευχαριστούμε το diagnovet.gr για την ευγενική παραχώρηση του άρθρου.
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 διαφορετικά ρεύματα: ένα που καθαρίζεται και υγραίνεται και ένα δεύτερο που μεταφέρει την οσμή γρήγορα και αποτελεσματικά στο σύστημα που είναι υπεύθυνο για την ανίχνευσή της, δηλαδή στην οσφρητική περιοχή.
Στην ουσία, οι ερευνητές προτείνουν ότι η μύτη της γάτας λειτουργεί ως ένας εξαιρετικά αποτελεσματικός «διπλής χρήσης» αεριοχρωματογράφος – ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται στο εργαστήριο για την ανίχνευση και τον διαχωρισμό χημικών ουσιών σε εξατμισμένη μορφή.
Η αποτελεσματικότητα αυτής της φυσικής δομής είναι τέτοια, ώστε θα μπορούσε να αποτελέσει πηγή έμπνευσης για τη βελτίωση των αεριοχρωματογράφων που χρησιμοποιούνται σήμερα.
Ενώ η μακριά μύτη του αλιγάτορα έχει επίσης βρεθεί ότι παρουσιάζει λειτουργίες που παραπέμπουν σε χρωματογραφία, οι ερευνητές υποθέτουν ότι η συμπαγής κεφαλή της γάτας οδήγησε εξελικτικά σε μια ιδιαίτερα δαιδαλώδη δομή αεραγωγών. Η δομή αυτή όχι μόνο χωρά αποτελεσματικά στο κρανίο, αλλά φαίνεται να βοηθά τις γάτες να προσαρμόζονται σε διαφορετικά περιβάλλοντα.
Οι ερευνητές είχαν δημιουργήσει στο παρελθόν μοντέλα της μύτης αρουραίου και ανθρώπου, προκειμένου να μελετήσουν τα μοτίβα ροής του αέρα. Ωστόσο, το υψηλής ανάλυσης μοντέλο της γάτας και τα πειράματα προσομοίωσης αποτελούν, σύμφωνα με τη μελέτη, τα πιο σύνθετα μέχρι σήμερα. Βασίστηκαν σε σαρώσεις micro-CT του κεφαλιού μιας γάτας, καθώς και σε μικροσκοπική ταυτοποίηση των τύπων ιστών σε ολόκληρη τη ρινική κοιλότητα.
Κατά τη διάρκεια μιας προσομοιωμένης εισπνοής, οι ερευνητές παρατήρησαν δύο διακριτές περιοχές ροής αέρα.
Η πρώτη αφορά τον αναπνευστικό αέρα, ο οποίος φιλτράρεται και εξαπλώνεται αργά πάνω από την οροφή του στόματος, κατευθυνόμενος προς τους πνεύμονες. Η δεύτερη αφορά ένα ξεχωριστό ρεύμα αέρα που περιέχει οσμές και κινείται γρήγορα μέσω ενός κεντρικού περάσματος, απευθείας προς την οσφρητική περιοχή στο πίσω μέρος της ρινικής κοιλότητας.
Η ανάλυση έλαβε υπόψη τόσο τη θέση της ροής όσο και την ταχύτητα με την οποία κινείται μέσα από τις ρινικές κόγχες, τις οστέινες δηλαδή δομές στο εσωτερικό της μύτης.
Οι ερευνητές μέτρησαν πόση ροή διέρχεται από συγκεκριμένους αγωγούς και ανέλυσαν τα διαφορετικά μοτίβα.
Στην αναπνευστική ροή, οι στρόβιλοι διακλαδίζονται και εκτρέπουν τον αέρα σε ξεχωριστά κανάλια, θυμίζοντας ένα πλέγμα καλοριφέρ αυτοκινήτου. Η συγκεκριμένη διαμόρφωση φαίνεται να είναι πιο αποτελεσματική για τον καθαρισμό και την ύγρανση του αέρα.
Η ανίχνευση των οσμών, αντίθετα, χρειάζεται να είναι ιδιαίτερα γρήγορη. Για τον λόγο αυτό, ένας διαφορετικός κλάδος μεταφέρει την οσμή με υψηλή ταχύτητα, επιτρέποντας ενδεχομένως την άμεση ανίχνευσή της, χωρίς ο αέρας να περάσει πρώτα από ολόκληρη τη διαδικασία φιλτραρίσματος της αναπνευστικής ζώνης.
Η προσομοίωση έδειξε επίσης ότι ο αέρας που μεταφέρεται στην οσφρητική περιοχή επανακυκλοφορεί στη συνέχεια σε παράλληλους διαύλους όταν φτάσει εκεί.
Η μελέτη ποσοτικοποιεί τη διαφορά στη λειτουργία της «αέριας χρωματογραφίας» μεταξύ διαφορετικών ειδών και προτείνει μια παράλληλη θεωρία αέριας χρωματογραφίας για τη γάτα. Σύμφωνα με αυτήν, παράλληλα οσφρητικά «πηνία» τροφοδοτούνται από το ρεύμα υψηλής ταχύτητας, αυξάνοντας το αποτελεσματικό μήκος της διαδρομής της ροής, ενώ παράλληλα μειώνεται η τοπική ταχύτητα του αέρα. Αυτό ενδέχεται να επιτρέπει αποτελεσματικότερη επεξεργασία της οσμής.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η μύτη της γάτας μπορεί να είναι περισσότερες από 100 φορές αποτελεσματικότερη στην ανίχνευση οσμών σε σχέση με μια απλή, ευθεία μύτη σε ένα κρανίο παρόμοιου μεγέθους.
Γνωρίζουμε πολλά για την όραση και την ακοή, αλλά πολύ λιγότερα για την όσφρηση. Η συγκεκριμένη έρευνα θα μπορούσε να συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση των εξελικτικών διαδρομών που οδήγησαν στις διαφορετικές δομές της μύτης και στον λειτουργικό σκοπό που αυτές εξυπηρετούν.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε τον Ιούνιο του 2023 στο PLOS Computational Biology.