Elg, en blandet race hund fra Nebraska Humane Society, træner i lugtdetekteringsarbejde. Bill Cotton / CSU, CC BY-ND

Redaktørens note: Da COVID-19 fortsatte med at sprede sig over hele verden, analyserer forskere nye måder at spore det på. En lovende tilgang er træne hunde til at opdage mennesker, der er smittet ved at lugte prøver af human urin eller sved. Forsker Glen Golden, der har trænet hunde og fritter til at opdage fugleinfluenza hos fugle, forklarer, hvorfor visse dyr er velegnede til at snuse sygdom.

1. Hvilken art har en næse mod sygdom?

Nogle dyr har højt udviklede lugtesans. De inkluderer gnavere; hunde og deres vilde slægtninge, som ulve og prærieulve; og mårfamilien - kødædende pattedyr såsom væsel, oddere og fritter. Disse arts hjerner har tre eller flere gange mere funktionelle olfaktoriske neuroner - nerveceller, der reagerer på lugt - end arter med mindre ivrig lugteevne, inklusive mennesker og andre primater.

Disse neuroner er ansvarlige for at detektere og identificere flygtige olfaktoriske forbindelser, der sender meningsfulde signaler, som røg fra ild eller aroma af fersk kød. Et stof er flygtigt, hvis det let skifter fra væske til gas ved lave temperaturer, som acetonen, der giver neglelakfjerner sin frugtagtig lugt. Når det er fordampet, kan det sprede sig hurtigt gennem luften.

Når et af disse dyr opdager en meningsfuld lugt, oversættes det kemiske signal til meddelelser og transporteres gennem hele hjernen. Beskederne går samtidigt til den olfaktoriske cortex, som er ansvarlig for at identificere, lokalisere og huske lugt og til andre hjerneområder, der er ansvarlige for beslutningstagning og følelser. Så disse dyr kan registrere mange kemiske signaler over store afstande og kan skabe hurtige og nøjagtige mentale foreninger om dem.

2. Hvordan vælger forskere en målluft?

I de fleste undersøgelser, der har brugt hunde til at opdage kræft, har hundene identificeret fysiske prøver, såsom hud, urin eller åndedræt, fra patienter, der enten er blevet diagnosticeret med kræft eller har udiagnosticeret kræft på et tidligt tidspunkt. Forskere ved ikke, hvilken lugtindikator hundene bruger, eller om den varierer efter kræftform.

Det amerikanske landbrugsministeriums National Wildlife Research Center i Colorado og Monell Chemical Senses Center i Pennsylvania har trænet mus til at opdage fugleinfluenza i fækale prøver fra inficerede ænder. Fugleinfluenza er svært at opdage i vilde flokke, og det kan sprede sig til mennesker, så dette arbejde er designet til at hjælpe naturbiologer med at overvåge for udbrud.

Kimball-laboratoriet i Monell lærte musene at få en belønning, når de lugte en bekræftet positiv prøve fra et inficeret dyr. For eksempel fik mus en drink vand, når de rejste ned ad armen på en Y-formet labyrint, der indeholdt afføring fra en and, der var inficeret med aviær influenzavirus.

Ved kemisk analyse af fækalprøverne fandt forskerne, at koncentrationen af ​​flygtige kemiske forbindelser i dem ændrede sig, da en and blev inficeret med fugleinfluenza. Så de udledte, at denne ændrede lugtprofil var, hvad musene genkendte.

{vembed Y=0UxLt3yugUA}
Medlemmer af mustelidsfamilien, såsom fritter, grævlinger og oddere, har højt udviklede lugtesans. Her snuser en jerv ud frossent kød begravet dybt inde i sneen.

På baggrund af dette arbejde har vi trænet fritter og hunde til at opdage fugleinfluenza hos høns, såsom vilde ænder og tamkyllinger, i en samarbejdsundersøgelse mellem Colorado State University og National Wildlife Research Center, der i øjeblikket er under gennemgang til offentliggørelse.

Med fritter startede vi med at træne dem i at advare eller signalere, at de havde registreret målluften ved at ridse på en kasse, der indeholdt høje forhold mellem disse flygtige forbindelser og ignorere kasser, der indeholdt lave forhold. Dernæst viste vi fritterne fækale prøver fra både inficerede og ikke-inficerede ænder, og fritterne begyndte straks at advare til kassen, der indeholder fækalprøven fra en inficeret and.

Denne tilgang svarer til den måde, hvorpå hunde trænes i at opdage kendte flygtige lugte i sprængstoffer eller ulovlige stoffer. Nogle gange er vi dog nødt til at lade detektordyret bestemme den lugtprofil, det vil reagere på.

3. Kan dyr trænes i at opdage mere end et mål?

Ja. For at undgå forvirring om, hvad et trænet dyr opdager, kan vi lære det et andet adfærdsmæssigt svar for hver mållugt.

For eksempel hundene i US Department of Agriculture Wildlife Services Detektionsprogram for hundesygdomme svare med en aggressiv alarm, såsom ridser, når de opdager en prøve fra en and inficeret med fugleinfluenza. Når de opdager en prøve fra en hvid-tailed hjorte inficeret af den prion, der forårsager kronisk spildssygdom, svarer de med en passiv alarm, som f.eks. at sætte sig ned.

Forskning ved University of Auburn har vist, at hunde kan huske og reagere på 72 lugte under en lugthukommelsesopgave. Den eneste begrænsning er, hvor mange måder en hund kan kommunikere om forskellige lugtindikatorer.

Et skilt underretter rejsende om en pilotundersøgelse i Helsinki lufthavn, der tilbyder gratis coronavirus-tests ved hjælp af hunde til at opdage infektioner ved lugt. Shoja Lak / Getty Images

4. Hvilke faktorer kan komplicere denne proces?

For det første har enhver organisation, der træner dyr til at opdage sygdom, brug for den rigtige type laboratorium og udstyr. Afhængigt af sygdommen kan det omfatte personligt beskyttelsesudstyr og luftfiltrering.

En anden bekymring er, om patogenet kan inficere påvisningsdyrene. Hvis det er en risiko, kan forskere muligvis inaktivere prøverne, før de udsætter dyrene. Derefter skal de se, om denne proces har ændret de flygtige stoffer, som de lærer dyrene at forbinde med infektion.

Endelig er handlere nødt til at tænke over, hvordan man styrker det ønskede svar fra påvisningsdyr i marken. Hvis de arbejder i en population af for det meste ikke-inficerede mennesker - for eksempel i en lufthavn - og et dyr ikke får en chance for at tjene en belønning, kan det miste interessen og stoppe med at arbejde. Vi ser efter dyr, der har en stærk drivkraft til at arbejde uden at stoppe, men at arbejde i lang tid uden belønning kan være udfordrende for selv det mest motiverede dyr.

5. Hvorfor ikke bygge en maskine, der kan gøre dette?

Lige nu har vi ikke enheder, der er så følsomme som dyr med veludviklede lugtesans. For eksempel er en hunds lugtesans mindst 1,000 gange mere følsomme end nogen mekanisk enhed. Dette kunne forklare, hvorfor hunde har opdaget kræft i vævsprøver, der har været medicinsk ryddet som ikke kræft

Vi ved også, at fritter kan opdage fugleinfluenzainfektion i fækale prøver før og efter laboratorieanalyse viser, at virussen er stoppet med at kaste sig. Dette antyder, at der for nogle patogener kan være ændringer i flygtige stoffer hos personer, der er inficeret, men som er asymptomatiske.

Efterhånden som forskere lærer mere om, hvordan pattedyrs lugtesans fungerer, har de en bedre chance for at skabe enheder, der er lige så følsomme og pålidelige til at snuse sygdom.

Om forfatteren

Glen J. Golden, forsker / lærde I, Colorado State University

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Bøger om kæledyr fra Amazons bestsellerliste

"Begynderens guide til hundes smidighed"

af Laurie Leach

Denne bog er en omfattende guide til hundes smidighed, herunder træningsteknikker, udstyr og konkurrenceregler. Bogen indeholder trin-for-trin instruktioner til træning og konkurrence i agility, samt råd til valg af den rigtige hund og udstyr.

Klik for mere info eller for at bestille

"Zak George's Dog Training Revolution: Den komplette guide til at opdrage det perfekte kæledyr med kærlighed"

af Zak George og Dina Roth Port

I denne bog tilbyder Zak George en omfattende guide til hundetræning, herunder positive forstærkningsteknikker og råd til at løse almindelige adfærdsproblemer. Bogen indeholder også information om valg af den rigtige hund og forberedelse til ankomsten af ​​et nyt kæledyr.

Klik for mere info eller for at bestille

"The Genius of Dogs: Hvordan hunde er klogere end du tror"

af Brian Hare og Vanessa Woods

I denne bog udforsker forfatterne Brian Hare og Vanessa Woods hundes kognitive evner og deres unikke forhold til mennesker. Bogen indeholder information om videnskaben bag hundens intelligens, samt tips til at styrke båndet mellem hunde og deres ejere.

Klik for mere info eller for at bestille

"The Happy Puppy Handbook: Din definitive guide til hvalpepleje og tidlig træning"

af Pippa Mattinson

Denne bog er en omfattende guide til hvalpepleje og tidlig træning, herunder råd til at vælge den rigtige hvalp, træningsteknikker og sundheds- og ernæringsoplysninger. Bogen indeholder også tips til at socialisere hvalpe og forberede deres ankomst.

Klik for mere info eller for at bestille