拆家的狗子先别扔,也许它还是台行走的“热量探测仪”

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  文章来自“科学大院”公众号

  作者:苏澄宇

  狗的鼻子有多厉害,我已经无需多言。但科学家最近发现,狗不仅嗅觉灵敏,还可以作为热量探测器。

  说到热量探测器,最有名的就是热红外生命探测仪了。它之所以可以探测生命,是因为它可以通过感知温度差异来判断不同的目标。任何物体只要温度在绝对零度以上都会产生红外辐射,人体自然也是红外辐射源。红外生命探测仪就是利用人体与其他物体之间的温度差别,以成像的方式把要搜索的目标与背景分开。

  自然界中有很多可以探测到温度的动物,比如蟑螂、叩头虫、吸血蝙蝠和有颊窝的蛇……蛇的颊窝拥有一个独特的感觉系统,可以检测红外线,使它们能够产生捕食者或猎物的热图像。

  

  蛇的颊窝 图源:Wikipedia

热量探测新成员:狗

  来自瑞典隆德大学的生物学家做了一个实验。

  研究人员设计了一个装置,分为两个密闭的隔间,用黑色绝缘带完全包裹,其中一间是高温的(比室内温度高11度左右,可以发出微热辐射,也就是红外辐射),并且有食物,可以通过滑杆推开;另一间则是和室内温度差不多的,也有食物,但推不开。

  

  左边是没有温度的,完全打不开,右边是有温度的,可以推开 图源:文献1

  装置除了有温度的差异之外,不会发出声音,也不会有气味。因此,影响狗狗做出判断的因素只有一个:温度。

  然后,研究人员从普通人家里找来了3只宠物狗,在通过一定的训练之后,让狗把温暖的隔间和有食物联系在了一起。

  

  在红外探测下,左边的隔间温度和室温一样,右边有高于室温的温度,有一定的红外辐射。然后让金毛猎犬在一定距离对隔间的温度做出判断。图源:文献1

  接下来就是正式实验,研究人员把隔间里的食物撤掉,让它们在1.6米外对两个隔间做出选择。狗是不能原路返回重新选择的,中间有一块挡板隔开了。通过双盲实验测试,3只狗都成功地探测到了温度较高的隔间。

  为了更准确地说明狗可以探测到热量,而且这个探测器是狗的鼻子,科学家做了进一步的实验。科学家找来了13只宠物狗,有5只金毛猎犬,4只边境牧羊犬,1只澳洲牧羊犬,1只中国冠毛犬和2只杂交品种。科学家先在狗面前(有一定距离)放置一些物体,物体之间的温度差异和上一个实验一样,同时用功能磁共振成像扫描仪扫描它们的大脑。

  结果发现,狗的大脑中左侧躯体感觉皮层,也就是负责传递鼻子信息的区域,对温暖的热刺激比对中性(室温)的热刺激反应更强烈。当出现温度较高的物体在狗面前时,狗的大脑左半球区域出现了14个体素(3D像素)的集群,但在其大脑右半球并没有任何这样的集群,也就是说大脑感受到了温度刺激,并且是用鼻子在远距离感受到的。当出现室温物体在狗面前时,结果一点反应也没有。

  

  有热辐射的刺激下,左侧躯体感觉联合皮层中有14个体素。图源:文献1

  经过这两个实验,科学家证明了狗鼻子是可以远距离感受到热源的,它们大脑的左侧区域会被红外辐射激活。

为什么狗可以探测到热量呢?

  至于其中的原因,研究人员只做了简单的分析。因为狗鼻子在正常情况下是湿冷湿冷的,只有22度左右,也就使得它的鼻子对周围的温度特别敏感。

  

  红外观察下,狗鼻子温度较低,只有约22度 图源:文献1

  因此,狗可以通过它的鼻子来作为热量探测器,来协助寻找特定目标,比如要捕捉的猎物。然而,狗鼻子是如何检测并将红外信号转换成神经冲动,这一点还不清楚,还需要进一步的研究。

  现在,“狗鼻子”不仅意味着嗅觉灵敏,还意味着可以探测热量。

  参考文献:

  Bálint, A., Andics, A., Gácsi, M., Gábor, A., Czeibert, K., Luce, C. M., … Krger, R. H. H. (2020). Dogs can sense weak thermal radiation. Scientific Reports, 10(1). doi:10.1038/s41598-020-60439-y

  Gracheva, E. O., Ingolia, N. T., Kelly, Y. M., Cordero-Morales, J. F., Hollopeter, G., Chesler, A. T., … Julius, D. (2010). Molecular basis of infrared detection by snakes. Nature, 464(7291), 1006–1011. doi:10.1038/nature08943

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