Apie tai, kad šunys turi gerą uoslę, žinoma jau seniai. O kad šunys užuodžia ne tik kvapus, bet ir šilumą, neseniai paskelbė Švedijoje, Vengrijoje ir Vokietijoje dirbančių mokslininkų komanda. Kuo ypatingas šuns nosies galiukas? Jis yra drėgnas, neapaugęs kailiu ir šaltas – žemesnės temperatūros nei visos kitos galvos sritys (1 pav.). Mokslininkai iškėlė hipotezę, kad šunims šaltas nosies galiukas reikalingas „užuosti“ šilumą (Balint ir kt. 2020).

1 pav. Termovizoriumi gautas vaizdas. Dešinėje pateikta temperatūros skalė. © Anna Balint

Žinduolių tyrimai

Didelės dalies gyvūnų nosies galiuko funkcija iki šiol nėra žinoma. Jis skiriasi forma, odos struktūra, temperatūra ir kt. Manoma, kad šie skirtumai susiję su atliekama funkcija. Gläser ir Kröger (2017) aiškinosi, kaip gyvūnų nosies galiuko temperatūra priklauso nuo aplinkos temperatūros (nuo –3 °C iki 25 °C). Jie tyrė sausumos plėšrūnus ir didelius žolėdžius gyvūnus (beždžiones, elnius, kupranugarius, lokius, žirafas, peles, arklius, kiaules, kates, šunis ir kt.). Tirti buvo aštuonių zoologijos sodų, fermų gyventojai ir kambariniai gyvūnai. Iš viso buvo tirti trisdešimt dviejų žinduolių rūšių ir porūšių atstovai. Skyrėsi šių gyvūnų nosies galiuko forma, dydis, drėgnumas, plaukuotumas. Mokslininkai nustatė, kad, krintant aplinkos temperatūrai, nosies galiukas vėsta. Įdomu tai, kad plėšrių žinduolių nosies galiukas šaltesnis už kitų žinduolių nosies galiuką apie 9–17 °C. Tirtų plėšrūnų, net ir visaėdžių, pvz., lokių, nosies galiukas buvo šaltas. Yra žinoma, kad šilta oda jautresnė lytėjimui nei šalta. Todėl manoma, kad šiltas nosies galiukas labai svarbus lytėjimui (Gläser ir Kröger 2017). O kokia šalto nosies galiuko funkcija?

Šunys – modelinis organizmas

Plačiau plėšrūnų nosies galiuko temperatūros pokyčius tyrinėjo Kröger ir Goiricelaya (2017). Šunys buvo pasirinkti kaip modelinis organizmas dėl jų gausos ir prieinamumo. Mokslininkai tyrė, kaip šunų nosies galiuko temperatūra priklauso nuo aplinkos temperatūros. Taip pat jie aiškinosi, ar skiriasi įvairių veislių šunų nosies galiuko temperatūra, kokia ji yra miegančių, sušilusių šunų ir neseniai gimusių šuniukų. Daugumą tyrimų mokslininkai atliko su keturiais 2–8 metų amžiaus šunimis: dviem auksaspalviais retriveriais ir dviem lygiaplaukiais retriveriais. Nosies galiuko temperatūrą matavo 0–30 °C temperatūros aplinkoje: laboratorijoje, kurios temperatūra buvo kontroliuojama, ir lauke (tyrimai atlikti žemesnėje nei 8 °С temperatūroje). Šuns nosies galiuko temperatūra buvo matuojama penkis kartus ir apskaičiuojamas temperatūros vidurkis. Mokslininkai nustatė, kad 30 °C temperatūros aplinkoje suaugusių budrių retriverių nosies galiuko temperatūra yra maždaug 5 °C žemesnė nei aplinkos. Kai aplinkos temperatūra yra 15 °C, nosies galiuko ir aplinkos temperatūra suvienodėja. O kai aplinkos temperatūra yra 0 °C, nosies galiuko temperatūra būna maždaug 8 °C. Palyginimui buvo tirti ir kitų trijų veislių šunys (Berno kalnų šuo, rotveileris ir bokseris). Jų nosies galiuko temperatūra buvo panaši į retriverių. Pastarieji aukštesnėje nei 25 °C temperatūroje imdavo šnopšti, kad atsivėsintų. Pasyvus Berno kalnų šuo šnopavo 20 °C temperatūros aplinkoje, o truputį aktyvus – net ir 10–15 °C temperatūros aplinkoje.

Kad pamatuotų sušilusio šuns nosies galiuko temperatūrą, tyrėjai šiltą dieną su šunimi lauke tol žaisdavo aktyvų žaidimą, kol jis iškišdavo liežuvį ir imdavo šnopšti. Tuomet nieko nedelsdami šešėlyje matuodavo nosies galiuko temperatūrą. Sušilusių šunų nosies galiukas buvo šiltas – 31,3 ± 0,8 °C esant 19,4 ± 0,8 °C aplinkos temperatūrai. Tyrėjai atkreipė dėmesį, kad tai 3 °C mažiau už miegančio šuns nosies galiuko temperatūrą, nors šių eksperimentų aplinkos temperatūra buvo beveik vienoda.

Miegančių šunų nosies galiukas buvo šiltas – vidutiniškai 34,4 ± 0,5 °C esant 18,9 ± 2,1 °C temperatūrai. Nosies galiukas sušildavo maždaug per 15 minučių. Prabudusio šuns nosies galiukas maždaug per tiek laiko ir atvėsdavo (2 pav.).

2 pav. Termovizoriumi gauti auksaspalvio retriverio nosies vaizdai. Pirmose dviejose eilutėse matyti, kaip kas minutę kito nosies galiuko temperatūra prieš šuniui užmiegant (aplinkos temperatūra 16,8 °C); iš viso 15 minučių. Apatinėje eilutėje matyti, kaip kito to paties tik jau atsibudusio šuns nosies galiuko temperatūra per 12 minučių (aplinkos temperatūra 19 °C). Per 15 minučių šuns nosies galiukas sušilo ir per 12 minučių atvėso. Balti ir juodi taškai žymi matavimų vietas. Parengta pagal Kröger ir Goiricelaya (2017).

Kröger ir Goiricelaya (2017), norėdami įvertinti šunų veislių ir nosies galiuko temperatūros sąsajas, tyrė Berno kalnų šunų, bokserių, dalmantinų, suomių laphundų, lygiaplaukių retriverių, auksaspalvių retriverių, Rodezijos ridžbekų, rotveilerių ir mišrūnų nosies galiuko temperatūrą. Nosies galiukas buvo laikomas šaltu, jei jis buvo šalčiausia snukio dalis. Tiriamųjų nosies galiukas paprastai buvo šaltas. Darbo autoriai išskyrė vokiečių aviganius. Priešingai nei kitų veislių šunų, penkių šios veislės atstovų nosies galiukas buvo nevienodai sušilęs (3 pav.). Galima būtų patyrinėti, ar šių šunų uoslei turi įtakos nosies galiuko temperatūra. Kröger ir Goiricelaya (2017) teigia, kad nėra pastebėta, jog vokiečių aviganiai blogiau užuostų už kitus šunis. 

3 pav. Termovizoriumi gauti šunų vaizdai. A – auksaspalvis retriveris. Aplinkos temperatūra 27 °C, paveikslo kairėje pateikta temperatūros skalė. Nosies galiuko temperatūros skirtumai nedideli – išilgai baltos linijos temperatūra buvo nuo 25,0 °C iki 25,7 °C. B – vokiečių aviganis. Aplinkos temperatūra 19,8 °C, temperatūros skalė paveikslo dešinėje. Nosies galiuko temperatūros skirtumai dideli – išilgai baltos linijos temperatūra buvo nuo 21,9 °C iki 28,5 °C. Parengta pagal Kröger ir Goiricelaya (2017).

Buvo tirti mažiau nei prieš 48 valandas gimę šunyčiai (Kröger ir Goiricelaya 2017): šeši vokiečių aviganiai ir aštuoni auksaspalviai retriveriai. Matavimai buvo atlikti aplinkos temperatūroje jauniklius šildant lempomis. Buvo sunku įvertinti, ar šuniukai užmerktomis akimis yra budrūs, nes tiek budrių, tiek miegančių tokio amžiaus šuniukų akys būna užmerktos. Mokslininkai nustatė, kad budrių šuniukų nosies galiukas yra šaltas, o miegančių šuniukų – šiltas (4 pav.). Vadinasi, jauniklių nosies galiuko temperatūra miego ir būdravimo metu kinta kaip ir suaugusių šunų. Nors tokio amžiaus šuniukų uoslės sistema dar nėra iki galo išsivysčiusi, nosies galiukas, matyt, jau atlieka savo darbą.

4 pav. Termovizoriumi gauti mažiau nei prieš 48 valandas gimusių vokiečių aviganio jauniklių vaizdai. Šuniukų akys dar užmerktos ir jie gali tik ropoti. Aplinkos temperatūra 20 °C; šuniukai buvo šildomi lempomis. A – budraus šuniuko nosies galiukas šaltas, B – miegančio šuniuko nosies galiukas šiltas. Parengta pagal Kröger ir Goiricelaya (2017).

Mokslininkai mano, kad šunims išlaikyti šaltą nosies galiuką yra labai svarbu. Juk jis toks išlieka esant įvairiai aplinkos temperatūrai. Be to, nosies galiukas atvėsta, kai šuo prabunda iš miego. Ir net budrių jauniklių nosies galiukas būna šaltas.

Šunys „užuodžia“ šilumą

Taigi, kam reikalingas šaltas nosies galiukas? Mokslininkai samprotavo, kad artimiausias laukinis šuns giminaitis yra vilkas. Jis medžioja šiltakraujus gyvūnus. Galėti atpažinti grobį pagal jo skleidžiamą šilumą turėtų būti svarbu ne tik vilkams, bet ir kitiems plėšrūnams. Norėdami patikrinti šią idėją, Balint ir kt. (2020a) atliko eksperimentus. Jie tyrė, ar šunys gali per atstumą justi šilumą (šunų elgesio tyrimai), o jei gali – kuri smegenų sritis suaktyvėja, kai šuo nustato šilumos šaltinį (magnetinio rezonanso tomografijos tyrimai).

Elgesio tyrimai. Buvo tirti skirtingų veislių, amžiaus, masės, lyties šunys (1 lentelė).

1 lentelė. Informacija apie šunis, dalyvavusius elgesio tyrimuose (Balint ir kt. 2020a, b).

Šunų mokymai ir tyrimai vyko nedideliame kambaryje (2,3 × 3,4 m), kurio temperatūra buvo kontroliuojama (18,8–19,3 °C). Aplinkos temperatūra matuota skaitmeniniu termometru, o šunų nosies – termovizoriumi. Šilumos šaltinis buvo apie 31 ± 1 °С temperatūros. Kambaryje buvo elgesio tyrimo arena su įrenginiu: dviem stumdomais stalčiais, kuriuos galima pasukti 180° kampu, kad šilumos šaltinis būtų vienoje stalčiaus pusėje, o kita jo pusė būtų aplinkos temperatūros (5 pav.). Abu stalčiai buvo pagaminti iš tų pačių medžiagų. Kad šuns elgesį veiktų tik šiluminė spinduliuotė, eksperimentų metu buvo pašalinti visi galimi dirgikliai, pvz., akustiniai. Net eksperimentatorius nežinojo, kur kokios temperatūros stalčius, kad nepaveiktų šuns elgesio. Į abu stalčius buvo įdėta po dubenį su vienodu kiekiu to paties maisto. Maistą, esantį stalčiuje su į šuns pusę atsuktu šilumos šaltiniu, šuo galėjo pasiekti pastūmęs slankiklį, o kitame stalčiuje slankikis buvo užblokuotas.

Visų pirma šunys buvo mokomi atrasti, iš kur sklinda šiluma: į elgesio tyrimo areną įleistas šuo pirmiausia pamatydavo prie stalčiaus su šilumos šaltiniu padėtą maistą, o eksperimentatorius dar ir atkreipdavo į jį šuns dėmesį. Vėliau stalčius su šilumos šaltiniu buvo uždengiamas ir tik eksperimentatorius atkreipdavo į jį šuns dėmesį. Pasirinkti šiltą stalčių šuo turėjo būdamas nuo jo mažiausiai 1,6 m atstumu. Pasirinkimas buvo fiksuojamas šuniui galva palietus stalčių (6 pav.). Kai šuo be pagalbos 70 proc. atvejų teisingai pasirinkdavo stalčių, jo mokymas buvo baigiamas. Tuomet abu stalčiai buvo uždengiami specialiais dangteliais paliekant tik 10,2 cm skersmens skylę, kad šiluma nuo stalčiaus lengviau pasiektų šunį. Trys dangteliai buvo naudojami paeiliui, kad jie spėtų atvėsti iki kito eksperimento ir tyrimo rezultatų neiškreiptų ant jų paliktos šuns nosies žymės. Už teisingą pasirinkimą tyrėjai šunis apdovanodavo maistu ir pagirdavo. 

5 pav. Elgesio tyrimo arena. Kairėje – vaizdas, kurį mato šuo. Priešais jį du vienodi stalčiai atsukti taip, kad vienas būtų apie 19 °C temperatūros (aplinkos temperatūros), o kitas apie 30–32 °C temperatūros. Šuo buvo mokomas per atstumą atpažinti, kuris stalčius šiltas. Termovizoriaus ekrane matyti, kuris stalčius šiltas. Dešinėje – vaizdas iš eksperimentatoriaus pusės. Tarp šuns ir stalčių buvo mažiausiai 1,6 m atstumas. Nuotraukos iš Balint ir kt. (2020b).

6 pav. Termovizoriumi gautas vaizdas. Matyti, kad šuo pasirenka šiltą stalčių. Abu stalčiai (aplinkos temperatūros ir šiltas) iš pažiūros niekuo nesiskyrė. ©Anna Balint

Eksperimentatorius išeidavo iš tyrimo kambario, kol kitas asmuo paruošdavo tyrimams areną. Todėl eksperimentatorius nežinojo, iš kurio stalčiaus sklinda šiluma. Vienos sesijos metu buvo atlikta ne daugiau kaip 15 eksperimentų, kad šuo tyrimo metu išbūtų budrus. Kiek sesijų buvo atlikta su kiekvienu šunimi, priklausė nuo to, kaip pavyko su juo susitarti, nuo jo motyvacijos, nosies galiuko temperatūros pokyčių (7 pav.).

Balint ir kt. (2020a) rėmėsi Kröger ir Goiricelaya (2017) tyrimais, kuriais buvo nustatyta, kad 19 °C temperatūros aplinkoje budrių šunų nosies galiuko temperatūra gali būti ne aukštesnė kaip 21,5 °C. Miegančių šunų nosies galiukas dar šiltesnis. Balint ir kt. (2020a) tyrė tik budrius ir aktyvius šunis, todėl tyrėjai nutraukdavo eksperimentą, jei nosies galiukas tapdavo šiltesnis negu 21,5 °C. Mokslininkai nustatė, kad visi trys tirti šunys juto iš stalčiaus sklindančią šilumą. 

7 pav. Šeimininkas su šunimi. Galima palyginti jų abiejų nosies temperatūrą. Apačioje pateikta temperatūros skalė. © Anna Balint

Magnetinio rezonanso tomografijos tyrimas. Mokslininkai magnetinio rezonanso tomografijos metodu tyrė budrius šunis, kad nustatytų, kuri smegenų sritis suaktyvėja, kai gyvūnas pajunta šilumą. Iš viso buvo tirta trylika šunų, gyvenančių su šeimininkais (2 lentelė). Šunys tyrimo metu buvo budrūs, išmokyti ramiai gulėti. Patalpos, kurioje vyko tyrimai, temperatūra buvo apie 22,5 °C. Naudoti du dirgikliai: aplinkos temperatūros (neutralus dirgiklis) ir už jį vidutiniškai 10,7 °C šiltesnis (šilumos dirgiklis). Prieš matavimus šuniui buvo leidžiama 5–10 minučių priprasti prie sąlygų. Laukimo kambaryje prieš šunį ant grindų eksperim entatorius padėdavo šilumą skleidžiantį įrenginį (jo konstrukcija buvo tokia, kad jis galėjo veikti ir kaip neutralus, ir kaip šilumos dirgiklis). Vėliau paprašydavo šuns priešais jį atsigulti. Tyrimo kambaryje šį įrenginį tyrėjai įmontavo į skenerį. Šuo turėjo padėti galvą priešais jį – tarp šuns nosies ir įrenginio buvo 24 cm. Šuniui ant galvos buvo uždedamos ausinės (8 pav.). Tada buvo pradedami minutės trukmės matavimai neveikiant šilumos dirgikliui. Taip šuo buvo pratinamas prie tyrimo sąlygų. Tuomet šuo buvo giriamas ir apdovanojamas, nukeliamas nuo skenavimo lovos ir 5 minutėms išvedamas iš magnetinio rezonanso tomografijos tyrimų kambario. Eksperimentatorius paruošdavo šilumą skleidžiantį įrenginį matavimams. Eksperimentą sudarė trys 5,5 min trukmės matavimai. Tarp matavimų buvo daroma mažiausiai 10–15 min pertrauka. Matavimų metu buvo keičiami dirgikliai. Iš viso vieno matavimo metu šuo buvo veikiamas septynis kartus neutraliu ir tiek pat šilumos dirgikliu. Trijų matavimų dirgiklių seka buvo skirtinga. Prieš ir po kiekvieno eksperimento buvo matuojama šilumą skleidžiančio paviršiaus ir šuns nosies galiuko temperatūra.

8 pav. Prieš magnetinio rezonanso tomografijos tyrimus šuniui buvo uždedamos ausinės. © Eniko Kubinyi

2 lentelė. Magnetinio rezonanso tomografijos metodu tirti šunys (Balint ir kt. 2020b).

Magnetinio rezonanso tomografijos tyrimų rezultatai rodo, kad šunys jaučia šiluminę spinduliuotę Ji suaktyvina tam tikrą kairiojo pusrutulio somatosensorinės žievės sritį (žiūrėkite priedą). Klausos ir uoslės sistemų veiklą atspindinčios smegenų sritys nesuaktyvėjo.

Kokia dar galėtų būti šuns nosies galiuko funkcija? Darbo autoriai svarsto, kad jo paviršiaus plotas per mažas termoreguliacijai. Be to, kai labai karšta, šuo iškiša liežuvį, o nosies galiukas išlieka vėsus (9 pav.). 

9 pav. Termovizoriumi gautas šuns vaizdas: matyti, kad šuns nosis šalta, o liežuvis daug šiltesnis. Aplinkos temperatūra 27 °C. Dešinėje pusėje pateikta temperatūros skalė. Mastelis (balta juostelė) 50 mm. © Ronald Kröger

Gebėjimas jausti šilumą svarbus gyvūnams, medžiojantiems šiltakraujus gyvūnus. Yra žinoma, kad tai geba kai kurie vabzdžiai, reptilijos, žinduoliai. Balint ir kt. (2020) tyrimai parodė, kad gebėjimas jausti šiluminę spinduliuotę būdingas ir šunims – šlapias, neapaugęs kailiu, šaltesnis už kitas galvos sritis šunų nosies galiukas gali „užuosti“ šilumą. O kaip šis gebėjimas priklauso nuo aplinkos ir nosies galiuko temperatūros, šilumą skleidžiančio kūno dydžio, atstumo iki jo, temperatūros, dar neištirta. Neaiškus ir šilumos jutimo mechanizmas.

Dar informacijos rasite https://www.youtube.com/watch?v=gmDp_AaTFcM&feature=youtu.be

Priedas. Vaizdo medžiaga, iliustruojanti magnetinio rezonanso tomografijos tyrimų rezultatus: išskirta smegenų sritis suaktyvėja, kai šuo jaučia šilumą.  © Kalman Czeibert

Literatūra

Balint A., Andics A., Gacsi M. et al. 2020a, Dogs can sense weak thermal radiation. Scientific Reports, 10, 3736, https://doi.org/10.1038/s41598-020-60439-y

Balint A., Andics A., Gacsi M. et al. 2020b, Dogs can sense weak thermal radiation. Supplementary information, https://static-content.springer.com/esm/art%3A10.1038%2Fs41598-020-60439-y/MediaObjects/41598_2020_60439_MOESM1_ESM.pdf

Gläser N., Kröger R. H. H. 2017, Variation in rhinarium temperature indicates sensory specializations in placental mammals. Journal of Thermal Biology, 67, 30–34.

Kröger R. H. H., Goiricelaya A. B. 2017, Rhinarium temperature dynamics in domestic dogs. Journal of Thermal Biology, 70 (Pt B), 15–19, https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2017.10.013