Ученые из Венгрии и Швеции показали, что собаки умеют на расстоянии различать температуру предметов с помощью холодного кончика носа, а участок мозга, который отвечает за восприятие теплового излучения, находится в соматосенсорной коре левого полушария. Статья опубликована в журнале Nature Scientific Reports.
Инфракрасное, или тепловое излучение — это электромагнитные волны длиной от 0,74 микрометров до двух миллиметров. Тепловые фотоны обладают столь низкой энергией, что фоторецепторы зрительных систем не способны их воспринимать, поэтому для такого вида чувствительности животным приходится изобретать новые сенсорные органы. Приспособления для восприятия теплового излучения обнаружены у нескольких групп животных, например, гремучих змей, удавов и жуков.
До сих пор был известен всего один вид млекопитающих, способных чувствовать инфракрасное излучение — летучая мышь Desmodus rotundus. Внимание исследователей в связи с этой задачей привлек гладкий кожистый кончик носа животных, который называется ринарий. У представителей отряда хищные он значительно холоднее, чем у других млекопитающих. Например, у собак при температуре окружающей среды 30 градусов Цельсия температура их ринариума на пять градусов ниже; эти показатели оказываются одинаковыми при 15 градусах; при нуле градусов температура кончика носа равна 8 градусам.
В большинстве случаев низкая температура какого-либо органа снижает метаболизм и сенсорную активность в нем. Известно одно исключение: гремучие змеи охлаждают свой чувствительный к инфракрасному излучению орган, и чем он холоднее, тем лучше воспринимает тепло. Этот участок тела помогает змеям найти добычу по разнице температуры с окружающей средой, и его чувствительность достигает одной тысячной градуса Цельсия.
Группа ученых под руководством Анны Балинт (Anna Bálint) из Лундского университета предположила, что низкая температура ринариума собак тоже может быть связана с его чувствительностью к инфракрасному излучению. Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи провели два эксперимента. Сначала трех собак обучали находить еду в одной из двух кормушек, которые были закрыты панелями разной температуры. За поверхностью, которая была на 11-13 градусов теплее окружающей среды, находилась еда, а за панелью комнатной температуры не было ничего. Вторая часть исследования заключалась в сканировании мозга тринадцати животных с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Собаки неподвижно лежали в томографе, а перед их носом располагалась установка с пластиной, температуру которой экспериментатор мог установить на уровне комнатной или на 11 градусов теплее.
Все три животных успешно обучились выбирать правильную кормушку в зависимости от температуры панели (процент правильных попыток был равен 68-80, p < 0,003), что говорит об их способности воспринимать тепловое излучение. фМРТ сканирование показало, что в соматосенсорной коре левого полушария мозга собак есть небольшой участок, специфически активирующийся при предъявлении теплого стимула. Этот регион соответствует области представительства кончика носа животных, но не связан с обонятельной системой.
Соматосенсорная кора играет роль собирателя сенсорной информации разных модальностей (например, зрительных или проприорецепторых стимулов) и помогает в дальнейшем планировать целенаправленное поведение. Вероятно, чувствительность к тепловому излучению у собак входит в комплекс воспринимаемых сигналов окружающей среды и помогает создавать программы поведения.
Участок мозга, реагирующий на инфракрасное излучение, найден только в левом полушарии. Работа этой половины мозга связяна с пищевым, в частности с хищническим, поведением, что согласуется с предположением о том, что тепловая чувствительность помогает собакам находить добычу.
Мы еще многого не знаем про обнаруженную способность собак: например, не понятно, как именно ринарий может воспринимать инфракрасное излучение. Он плотный, не имеет полостей внутри, в отличие от чувствительных к теплу ямок змей. Кроме механизма такого вида рецепции, необходимо изучить еще многие его свойства: на каком расстоянии собаки могут чувствовать температуру, каков порог различения, какую роль в этом процессе играет то, что ринариум всегда остается холодным.
Для тех, кто не чувствителен к тепловому излучению, тоже можно найти способ его почувствовать. Например, в 2016 году ученые создали антенны, которые могут преобразовывать инфракрасный свет в видимый. Добрались и до крыс — с помощью электродов, которые вживили в соматосенсорную кору, животных научили чувствовать тепловое излучение.
Алиса Бахарева