Łoś, pies rasy mieszanej z Nebraska Humane Society, szkoli się w wykrywaniu zapachów. Bill Bawełna/CSU, CC BY-ND

Uwaga redaktora: Ponieważ COVID-19 nadal rozprzestrzenia się na całym świecie, naukowcy analizują nowe sposoby jego śledzenia. Jednym obiecującym podejściem jest szkolenie psów w celu wykrywania osób zarażonych przez wąchanie próbek ludzkiego moczu lub potu. Naukowiec Glen Golden, który wyszkolił psy i fretki do wykrywania ptasiej grypy u ptaków, wyjaśnia, dlaczego niektóre zwierzęta są dobrze przystosowane do węszenia choroby.

1. Które gatunki mają nosa do chorób?

Niektóre zwierzęta mają wysoko rozwinięte zmysły węchu. Należą do nich gryzonie; psy i ich dzicy krewni, jak wilki i kojoty; oraz rzęsy – ssaki mięsożerne, takie jak łasice, wydry i fretki. Mózgi tych gatunków mają trzy lub więcej razy więcej funkcjonalnych neuronów receptorów węchowych – komórek nerwowych reagujących na zapachy – niż gatunki o mniej wyostrzonych zdolnościach węchowych, w tym ludzie i inne naczelne.

Te neurony są odpowiedzialne za wykrywanie i identyfikację lotnych związków węchowych, które wysyłają znaczące sygnały, takie jak dym z ognia lub aromat świeżego mięsa. Substancja jest lotna, jeśli w niskich temperaturach łatwo zmienia się z cieczy w gaz, tak jak aceton, który nadaje zmywaczowi do paznokci owocowy zapach. Po odparowaniu może szybko rozprzestrzeniać się w powietrzu.

Kiedy jedno z tych zwierząt wykryje znaczący zapach, sygnał chemiczny jest tłumaczony na wiadomości i transportowany przez mózg. Komunikaty trafiają jednocześnie do kory węchowej, która jest odpowiedzialna za identyfikację, lokalizację i zapamiętywanie zapachu, oraz do innych obszarów mózgu odpowiedzialnych za podejmowanie decyzji i emocje. Zwierzęta te mogą więc wykrywać wiele sygnałów chemicznych na duże odległości i tworzyć na ich temat szybkie i dokładne skojarzenia mentalne.

2. Jak naukowcy wybierają zapach docelowy?

W większości badań, które wykorzystywały psy do wykrywania raka, psy zidentyfikowały próbki fizyczne, takie jak skóra, mocz lub oddech, od pacjentów, u których zdiagnozowano raka lub niezdiagnozowany rak we wczesnym stadium. Naukowcy nie wiedzą, jakiego zapachu używają psy ani czy różni się on w zależności od rodzaju nowotworu.

Departament Rolnictwa USA Narodowe Centrum Badań Przyrody w Kolorado i Centrum zmysłów chemicznych Monell w Pensylwanii wyszkolono myszy do wykrywania ptasia grypa w próbkach kału od zakażonych kaczek. Ptasia grypa jest trudna do wykrycia w dzikich stadach i może przenosić się na ludzi, więc ta praca ma pomóc biologom dzikiej przyrody w monitorowaniu epidemii.

Laboratorium Kimball w Monell nauczyło myszy otrzymywać nagrodę, gdy wyczuły potwierdzoną pozytywną próbkę od zakażonego zwierzęcia. Na przykład myszy otrzymywały łyk wody, gdy poruszały się po ramieniu labiryntu w kształcie litery Y, w którym znajdowały się odchody kaczki zarażonej wirusem ptasiej grypy.

Analizując chemicznie próbki kału, naukowcy odkryli, że stężenie w nich lotnych związków chemicznych zmieniło się, gdy kaczka została zarażona ptasią grypą. Wywnioskowali więc, że ten zmieniony profil zapachu był tym, co rozpoznały myszy.

{vembed Y=0UxLt3yugUA}
Członkowie rodziny łasicowatych, tacy jak fretki, borsuki i wydry, mają wysoko rozwinięte zmysły węchu. Tutaj rosomak wywęszy zakopane głęboko w śniegu zamrożone mięso.

Opierając się na tej pracy, wyszkoliliśmy fretki i psy w wykrywaniu ptasiej grypy u ptactwa, takiego jak dzikie kaczki i kurczęta domowe, we wspólnym badaniu przeprowadzonym przez Colorado State University i National Wildlife Research Center, które jest obecnie w trakcie przeglądu do publikacji.

W przypadku fretek zaczęliśmy od szkolenia ich, aby ostrzegały lub sygnalizowały, że wykryły zapach docelowy, drapiąc pudełko zawierające wysokie proporcje tych lotnych związków i ignorować pudełka o niskich proporcjach. Następnie pokazaliśmy próbki kału fretek od kaczek zarówno zakażonych, jak i niezakażonych, a fretki natychmiast zaczęły alarmować o pudełku zawierającym próbkę kału od zakażonej kaczki.

To podejście jest podobne do sposobu, w jaki psy są szkolone w wykrywaniu znanych lotnych zapachów w materiałach wybuchowych lub nielegalnych narkotykach. Czasami jednak musimy pozwolić zwierzęciu wykrywającemu określić profil zapachowy, na który zareaguje.

3. Czy zwierzęta można szkolić w wykrywaniu więcej niż jednego celu?

TAk. Aby uniknąć nieporozumień co do tego, co wykrywa wytresowane zwierzę, możemy nauczyć je innej reakcji behawioralnej dla każdego docelowego zapachu.

Na przykład psy w Departamencie Rolnictwa Stanów Zjednoczonych Program wykrywania chorób psów przez usługi związane z dziką przyrodą reagują agresywnym ostrzeżeniem, takim jak drapanie, gdy wykryją próbkę od kaczki zarażonej ptasią grypą. Kiedy wykryją próbkę od jelenia białoogonowego zarażonego prionem, który powoduje: przewlekła choroba wyniszczająca, reagują pasywnym alertem, takim jak siadanie.

Badania przeprowadzone na Uniwersytecie Auburn wykazały, że psy potrafią zapamiętywać i reagować na 72 zapachy podczas zadania pamięci zapachów od. Jedynym ograniczeniem jest to, na ile sposobów pies może komunikować się o różnych sygnałach zapachowych.

Znak informuje podróżnych o pilotażowym badaniu na lotnisku w Helsinkach, które oferuje bezpłatne testy na koronawirusa z wykorzystaniem psów do wykrywania infekcji za pomocą zapachu. Shoja Lak/Getty Images

4. Jakie czynniki mogą skomplikować ten proces?

Po pierwsze, każda organizacja, która szkoli zwierzęta w wykrywaniu chorób, potrzebuje odpowiedniego typu laboratorium i sprzętu. W zależności od choroby może to obejmować sprzęt ochrony osobistej i filtrowanie powietrza.

Innym problemem jest to, czy patogen może zainfekować zwierzęta wykrywające. Jeśli jest to ryzyko, naukowcy mogą potrzebować dezaktywować próbki, zanim narażą zwierzęta. Następnie muszą sprawdzić, czy ten proces zmienił substancje lotne, które uczą zwierzęta kojarzyć z infekcją.

Wreszcie, opiekunowie muszą zastanowić się, jak wzmocnić pożądaną reakcję zwierząt wykrywanych w terenie. Jeśli pracują w populacji w większości niezainfekowanych ludzi – na przykład na lotnisku – a zwierzę nie ma szansy na nagrodę, może stracić zainteresowanie i przestać pracować. Szukamy zwierząt, które mają silną motywację do pracy bez zatrzymywania się, ale praca przez długi czas bez nagrody może być wyzwaniem nawet dla najbardziej zmotywowanego zwierzęcia.

5. Dlaczego nie zbudować maszyny, która to potrafi?

W tej chwili nie mamy urządzeń tak czułych jak zwierzęta z dobrze rozwiniętymi zmysłami węchu. Na przykład węch psa to co najmniej 1,000 razy bardziej czuły niż jakiekolwiek urządzenie mechaniczne. To może wyjaśniać, dlaczego psy wykryły raka w próbkach tkanek, które zostały medycznie oczyszczone jako nierakowe

Wiemy również, że fretki mogą wykryć infekcję ptasią grypą w próbkach kału przed i po analizie laboratoryjnej wykazującej, że wirus przestał się wydalać. Sugeruje to, że w przypadku niektórych patogenów mogą wystąpić zmiany w lotnych u osób zakażonych, ale bezobjawowych.

Gdy naukowcy dowiedzą się więcej o działaniu zmysłu węchu ssaków, będą mieli większą szansę na stworzenie urządzeń, które są równie czułe i niezawodne w wykrywaniu chorób.

O autorze

Glen J. Golden, naukowiec/uczony I, Colorado State University

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Książki o zwierzętach domowych z listy bestsellerów Amazon

„Przewodnik po agility dla początkujących”

autorstwa Laurie Leach

Ta książka to kompleksowy przewodnik po agility psów, w tym techniki szkolenia, sprzęt i zasady zawodów. Książka zawiera instrukcje krok po kroku dotyczące szkolenia i startów w agility, a także porady dotyczące wyboru odpowiedniego psa i sprzętu.

Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić

„Rewolucja w szkoleniu psów Zaka George'a: kompletny przewodnik po wychowaniu idealnego zwierzaka z miłością”

autorstwa Zaka George'a i Diny Roth Port

W tej książce Zak George oferuje obszerny przewodnik po szkoleniu psów, w tym techniki pozytywnego wzmacniania i porady dotyczące rozwiązywania typowych problemów z zachowaniem. Książka zawiera również informacje dotyczące wyboru odpowiedniego psa i przygotowania na przybycie nowego pupila.

Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić

„Geniusz psów: jak psy są mądrzejsze niż myślisz”

autorstwa Briana Hare'a i Vanessy Woods

W tej książce autorzy Brian Hare i Vanessa Woods badają zdolności poznawcze psów i ich wyjątkowy związek z ludźmi. Książka zawiera informacje na temat nauki stojącej za inteligencją psów, a także wskazówki dotyczące wzmacniania więzi między psami a ich właścicielami.

Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić

„Podręcznik Happy Puppy: Twój ostateczny przewodnik po opiece nad szczeniakami i wczesnym szkoleniu”

autorstwa Pippy Mattinson

Ta książka to kompleksowy przewodnik po opiece nad szczeniętami i wczesnym szkoleniu, w tym porady dotyczące wyboru odpowiedniego szczeniaka, technik szkolenia oraz informacje dotyczące zdrowia i żywienia. Książka zawiera również wskazówki dotyczące socjalizacji szczeniąt i przygotowania na ich przybycie.

Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić