Собак, известных своим необычайно острым обонянием, можно научить использовать их чувствительные нюхатели для поиска наркотиков, бомб, постельных клопов, пропавших туристов и даже рака. Среди собак и других животных, которые полагаются на обоняние, по крайней мере один фактор, который может дать им преимущество, - это слой ткани в носовой полости.
У людей эта ткань, называемая обонятельным эпителием, представляет собой единый плоский лист, выстилающий крышу носовой полости. У собак, однако, обонятельный эпителий образует сложный лабиринт, складчатый и извивающийся над рядом костных выступов, называемых носовыми раковинами, которые образуются в носовой полости. Обонятельный эпителий содержит специализированные нейроны, которые связываются с молекулами запаха и посылают в мозг сигналы, которые интерпретируются как запах. У собак таких нейронов на сотни миллионов больше, чем у людей. Предполагается, что эта дополнительная структурная сложность отвечает за превосходную способность собак чувствовать запахи. Но, что удивительно, это никогда не было доказано научно.
Теперь исследователи из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили новые подробности развития обонятельного эпителия. Новые знания могут помочь ученым доказать, что носовые раковины и, как следствие, большая площадь поверхности обонятельного эпителия являются одной из основных причин, по которой собаки так хорошо пахнут.
«Мы думаем, что площадь поверхности листа влияет на то, насколько хорошо животные нюхают, и на типы запахов, которые они могут различать», - сказал Дэвид М. Орниц, доктор медицинских наук, профессор биологии развития, получивший награду от выпускников. «Одна из причин, по которой мы думаем, связана с различиями в сложности этих носовых раковин. Животные, о которых мы думаем, что они обладают отличным обонянием, имеют действительно сложную систему носовых раковин».
Исследование, опубликованное 9 августа в журнале Developmental Cell, также может помочь ответить на давний эволюционный вопрос: как обоняние животных стало настолько изменчивым? То, как эти способности разошлись на протяжении истории эволюции, остается загадкой. Понимание этих сигналов может помочь ученым понять, как у собак развилась необычайная обонятельная система, а у людей она оказалась относительно низкорослой.
Первый автор Лу М. Ян, аспирант лаборатории Орница, обнаружил, что недавно обнаруженная стволовая клетка, которую исследователи назвали клетками FEP, контролирует размер поверхности обонятельного эпителия. Эти стволовые клетки также посылают специфическую сигнальную молекулу к нижележащим носовым раковинам, приказывая им расти. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что эта сигнальная перекрестная связь между эпителием и носовыми раковинами регулирует масштаб обонятельной системы, которая в конечном итоге развивается, что иногда приводит к появлению обонятельного эпителия с большей площадью поверхности, например, у собак..
Когда стволовые клетки не могут правильно сигнализировать, рост носовых раковин и площадь поверхности обонятельного эпителия останавливаются. Чтобы изучить это в лаборатории, мышей с такой задержкой обоняния теоретически можно сравнить с обычными мышами, чтобы узнать больше о том, как эти сигналы определяют конечную сложность обонятельной системы животного.
«До нашего исследования мы не знали, как эпителий расширяется от крошечного участка клеток до большого листа, который развивается вместе со сложными носовыми раковинами», - сказал Ян. «Мы можем использовать это, чтобы понять, почему, например, у собак такое хорошее обоняние. У них чрезвычайно сложная структура носовых раковин, и теперь мы знаем некоторые подробности о том, как эти структуры развиваются."