家猫的鼻子可能像高效化学分析设备一样发挥作用

一项对家猫鼻子的新计算机模拟表明，与嗅觉相关的复杂鼻结构的功能与平行线圈气相色谱仪(用于高效分析物质化学组成的实验室设备)类似。美国俄亥俄州立大学的 Zhunxing Wu 及其同事于 2023 年 6 月 29 日在开放获取期刊PLOS 计算生物学上发表了这些发现。

脊椎动物用鼻子呼吸和嗅觉，鼻子内的感受器检测吸入空气中的气味。一些先前的研究表明，脊椎动物的气味检测可能与基本气相色谱法类似，在气相色谱法中，本质上，被分析的物质被蒸发并由稳定的气流携带通过管。物质的不同化学成分沿着其长度以不同的方式与管相互作用，从而能够识别每种成分。

气相色谱法和鼻子功能之间的相似之处已经在两栖动物中观察到。然而，很少有研究研究哺乳动物鼻子的这些相似之处，哺乳动物鼻子有更复杂的通道，空气通过这些通道来检测气味。

为了揭示新的线索，吴和同事开发了一种解剖学上精确的家猫鼻子三维计算模型。他们利用了多种技术，包括对真实猫鼻子进行高分辨率微型 CT 扫描和计算流体动力学建模。

对通过虚拟猫鼻子的空气和气味流动的模拟表明，它的功能似乎与平行盘管气相色谱仪类似，其中通过使用从一股高速气流分支出来的多个管子来提高基本技术的效率。

换句话说，如果猫的鼻子只有一根用于气味检测的直管，那么它需要比头部的物理尺寸更长，才能使气味检测像实际看起来的那样有效。拥有多个复杂通道似乎比拥有单个直管(大多数两栖动物都拥有)效率高 100 倍。

这些发现加深了人们对更复杂通道的进化如何使哺乳动物(尤其是猫)增强嗅觉的理解。

作者补充道：“哺乳动物鼻子中盘旋的嗅鼻甲通道的进化过程与另一种感觉器官非常相似，即哺乳动物特有的蜗牛状卷曲耳蜗。在鸟类和其他非哺乳动物脊椎动物中，内部听觉器官尽管被称为“耳蜗”，但却是一个盲端管。虽然我们知道哺乳动物耳蜗的进化增强了我们的听觉灵敏度和频率范围，但我们相信哺乳动物的“嗅觉耳蜗”可能通过充当平行线圈色谱仪来类似地增强嗅觉。这一发现揭示了支持高嗅觉性能的新机制，进一步加深了我们对哺乳动物物种(包括重要宠物猫)成功适应不同环境的理解。”