科学者たちは、動物がどのようにして匂いをたどってその根源にたどり着くのかを解明しようとしている

動物が採用するさまざまな戦略を明らかにすれば、エンジニアが同様のタスクを実行するロボットを開発するのに役立つ可能性がある

ダナ・マッケンジー、Knowable マガジン

ハリケーン・イアンがフロリダを襲ってから4日後の2022年10月2日、アレスという名の捜索救助用ロットワイラーがフォートマイヤーズの荒廃した街路を歩いていたとき、訓練してきたその瞬間が来た。 アレスさんは倒壊した家の中で匂いを嗅ぎ、ハンドラーを後ろから追いながら、慎重に瓦礫の中を進みながら２階へ駆け上がった。

天井が陥没し、自宅のバスルームに2日間閉じ込められていた男性が発見された。フロリダ州最悪のハリケーンの1つであるイアンでは約152人が死亡したが、その幸運な男性は匂いをその源までたどるアレスの能力のおかげで生き残った。 。

私たちは、犬が瓦礫の下に埋もれている人を見つけたり、蛾が匂いをたどって仲間を見つけたり、蚊が吐き出す二酸化炭素の匂いを嗅いだりする能力を当然のことだと思っています。 しかし、鼻で移動することは思っているよりも難しく、科学者たちは動物がどのようにそれを行うのかを研究中です。

「難しいのは、匂いは光や音とは異なり、直線的に伝わらないことです」と、2022年の年次報告書で動物が匂いの原因を見つける方法に関する調査の共著者であるハーバード大学の生物物理学者ゴータム・レディ氏は言う。凝縮物物理学の研究。 煙草の煙を見れば問題がわかります。 最初は上昇し、ほぼ直線的な経路を進みますが、すぐに振動し始め、最終的には乱流と呼ばれる過程で無秩序に転がり始めます。 動物はどのようにしてそのような複雑なルートをたどり、その起源に戻ることができたのでしょうか?

過去数十年にわたり、遺伝子組み換えから仮想現実、数学的モデルに至るまで、一連の新しいハイテクツールにより、根本的に異なる方法で嗅覚ナビゲーションを探求できるようになりました。 動物が使用する戦略とその成功率は、動物の体型、認知能力、匂いプルームの乱流の量など、さまざまな要因に依存することが判明しています。 いつか、この理解の深まりは、行方不明者を探す犬、トリュフを探す豚、時には地雷を探すネズミなど、私たちが現在動物に頼っている仕事を遂行できるロボットの開発に科学者を助けるかもしれない。

匂いを追跡するという問題には、基本的な解決策があるように思えます。単に周囲の匂いを嗅ぎ、匂いが最も強い方向に向かうだけです。 ソースが見つかるまで続けます。

勾配探索または走化性と呼ばれるこの戦略は、匂い分子がよく混合された霧の中に分布している場合、つまり拡散として知られるプロセスの最終段階である場合に非常にうまく機能します。 ただし、拡散は非常にゆっくりと起こるため、完全に混合するには時間がかかることがあります。 ほとんどの自然な状況では、臭気は狭くて輪郭がはっきりした流れ、またはプルームとして空気中を流れます。 このようなプルームとそれが伝える匂いは、拡散よりもはるかに速く伝わります。 ある意味、これは獲物を追跡するために何時間も待つ余裕がない捕食者にとっては朗報だ。 しかし、良いことばかりではありません。臭気プルームはほとんどの場合乱流であり、乱流により勾配による探索は非常に非効率になります。 どの時点でも、香りが最も急速に増加する方向が、発生源から離れた方向を指す可能性は十分にあります。

動物は他にもさまざまな戦略を講じることができます。 配偶者を探すガなどの飛行昆虫は、風走性、または気流に基づく反応の一種である「キャスト アンド サージ」戦略を採用します。 オスの蛾がメスのフェロモンを感知すると、風があると思ってすぐに風上に飛び始めます。 オスが匂いを失うと、特にメスから遠く離れた場合にそうなるでしょうが、風に乗って左右に「キャスト」し始めます。 再び羽を見つけると、再び風上に飛び（「サージ」）、メスを見つけるまでこの行動を繰り返します。