Нос домашней кошки может работать как высокоэффективный газовый хроматограф

Ученые выяснили секрет выдающегося обоняния кошек, позволяющего им находить пищу, друзей и врагов. Согласно первому детальному анализу носовых ходов домашней кошки, за это отвечает сложная коллекция плотно скрученных костных структур воздушных путей.

Исследователи создали 3D-компьютерную модель кошачьего носа и смоделировали, как вдох воздуха, содержащего обычные кошачьи пищевые запахи, проходит через скрученные структуры. Они обнаружили, что воздух разделяется на два потока: один очищается и увлажняется, а другой быстро и эффективно доставляет одорант в систему, ответственную за обоняние — обонятельную область.

По сути, как предполагают исследователи, кошачий нос функционирует как высокоэффективный и двойного назначения газовый хроматограф — инструмент, который в лаборатории обнаруживает и разделяет химические вещества в парообразной форме. Более того, кошачий нос настолько эффективен в этом, что его структура может вдохновить на усовершенствование современных газовых хроматографов. Исследование опубликовано в PLOS Computational Biology.

Хотя длинный нос аллигатора также оказался похожим на газовый хроматограф, исследователи предполагают, что компактная голова кошки вызвала эволюционное изменение, которое привело к лабиринтной структуре дыхательных путей. Эта структура не только помещается в голове, но и помогает кошкам адаптироваться к разнообразным средам.

Для моделирования использовались микро-КТ-сканы головы кошки и микроскопическая идентификация типов тканей по всей носовой полости. Моделирование дыхания показало, что во время вдоха наблюдаются две различные области воздушного потока:

• Дыхательный воздух, который фильтруется и медленно распространяется над нёбом по пути к легким.
• Отдельный поток, содержащий одорант, который быстро движется по центральному проходу прямо к обонятельной области в задней части носовой полости.

Анализ учитывал как расположение потока, так и скорость его движения через носовые раковины — костные структуры внутри носа.

Для дыхания разветвленные раковины отклоняют поток в отдельные каналы, что лучше для очистки и увлажнения. Но для обнаружения запаха нужна скорость, поэтому существует один канал, доставляющий одорант с высокой скоростью, что потенциально позволяет быстро обнаруживать запах.

Моделирование также показало, что воздух, доставленный в обонятельную область, затем рециркулирует в параллельных каналах. Это увеличивает эффективную длину пути потока, замедляя при этом локальную скорость воздушного потока, потенциально для лучшей обработки запаха.

Это первое исследование, которое количественно оценило разницу в эффективности газовой хроматографии между млекопитающими и другими видами. Ученые оценили, что нос кошки более чем в 100 раз эффективнее в обнаружении запахов, чем прямой нос амфибии в черепе аналогичного размера.