Gli scienziati stanno cercando di capire come gli animali seguono un odore fino alla sua fonte

Scoprire le varie strategie impiegate dagli animali potrebbe aiutare gli ingegneri a sviluppare robot in grado di svolgere compiti simili

Dana Mackenzie, rivista Knowable

Il 2 ottobre 2022, quattro giorni dopo che l'uragano Ian aveva colpito la Florida, un Rottweiler di ricerca e salvataggio di nome Ares stava camminando per le strade devastate di Fort Myers quando arrivò il momento per cui si era allenato. Ares percepì l'odore di una casa distrutta e corse di sopra, seguito dal suo conduttore, facendosi strada con cautela tra le macerie.

Hanno trovato un uomo che era rimasto intrappolato nel suo bagno per due giorni dopo che il soffitto era crollato. Circa 152 persone sono morte a Ian, uno dei peggiori uragani della Florida, ma quell'uomo fortunato è sopravvissuto grazie alla capacità di Ares di seguire un profumo fino alla sua fonte .

Spesso diamo per scontata la capacità di un cane di trovare una persona sepolta sotto le macerie, di una falena di seguire un pennacchio profumato fino al suo compagno o di una zanzara di annusare l'anidride carbonica che espiri. Eppure navigare a naso è più difficile di quanto possa sembrare, e gli scienziati stanno ancora cercando di capire come lo fanno gli animali.

"Ciò che rende tutto più difficile è che gli odori, a differenza della luce e del suono, non viaggiano in linea retta", afferma Gautam Reddy, fisico biologico dell'Università di Harvard e coautore di un'indagine sul modo in cui gli animali individuano le fonti di odori nella Revisione annuale del 2022. della Fisica della Materia Condensata. Puoi vedere il problema osservando un pennacchio di fumo di sigaretta. Dapprima si alza e viaggia lungo un percorso più o meno rettilineo, ma ben presto inizia a oscillare e infine a rotolare in modo caotico, in un processo chiamato flusso turbolento. Come può un animale seguire un percorso così contorto per tornare alla sua origine?

Negli ultimi due decenni, una serie di nuovi strumenti high-tech, che vanno dalla modificazione genetica alla realtà virtuale fino ai modelli matematici, hanno reso possibile esplorare la navigazione olfattiva in modi radicalmente diversi. Le strategie utilizzate dagli animali, così come le loro percentuali di successo, risultano dipendere da una varietà di fattori, tra cui la forma del corpo dell'animale, le sue capacità cognitive e la quantità di turbolenza nel pennacchio di odore. Un giorno, questa crescente comprensione potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare robot in grado di svolgere compiti per i quali ora dipendiamo dagli animali: cani per cercare persone scomparse, maiali per cercare tartufi e, a volte, ratti per cercare mine antiuomo.

Sembra che il problema di rintracciare un odore debba avere una soluzione elementare: basta annusare intorno e dirigersi nella direzione in cui l'odore è più forte. Continua finché non trovi la fonte.

Questa strategia, chiamata ricerca del gradiente o chemiotassi, funziona abbastanza bene se le molecole dell’odore sono distribuite in una nebbia ben miscelata, che è lo stadio finale di un processo noto come diffusione. Ma la diffusione avviene molto lentamente, quindi una miscelazione completa può richiedere molto tempo. Nella maggior parte delle situazioni naturali, gli odori fluiscono attraverso l'aria in un flusso o pennacchio stretto e nettamente delineato. Tali pennacchi e gli odori che trasportano viaggiano molto più rapidamente di quanto farebbero per diffusione. Per certi aspetti, questa è una buona notizia per un predatore, che non può permettersi di aspettare ore per rintracciare la sua preda. Ma le notizie non sono tutte buone: i pennacchi di odori sono quasi sempre turbolenti, e il flusso turbolento rende la ricerca per gradiente estremamente inefficiente. In qualsiasi momento, è del tutto possibile che la direzione in cui l'odore aumenta più rapidamente possa puntare lontano dalla fonte.

Gli animali possono ricorrere a una varietà di altre strategie. Gli insetti volanti, come le falene in cerca di un compagno, adottano una strategia "cast-and-surge", che è una forma di anemotassi o risposta basata sulle correnti d'aria. Quando una falena maschio rileva i feromoni di una femmina, inizierà immediatamente a volare controvento, supponendo che ci sia vento. Se perde l'odore - cosa che probabilmente accadrà, soprattutto quando è lontano dalla femmina - inizierà a "lanciarsi" da una parte all'altra nel vento. Quando ritrova il pennacchio, riprenderà a volare controvento (la “surge”) e ripeterà questo comportamento finché non vedrà la femmina.