• 非洲大象惊人的嗅觉如何拯救生命

    2018-11-14 20:05:09

    非洲大象惊人的嗅觉如何拯救生命 在安哥拉的野蛮内战期间,野生动物,如大象和犀牛,大量死亡。 27年来,安哥拉陷入内战。失去了50万人的生命,野生动物也因为维持部队而受到

      非洲大象惊人的嗅觉如何拯救生命

      在安哥拉的野蛮内战期间,野生动物,如大象和犀牛,大量死亡。

      27年来,安哥拉陷入内战。失去了50万人的生命,野生动物也因为维持部队而受到严重破坏。犀牛和大象成为宝贵的目标 - 犀牛角和象牙在反叛力量中成为武器的货币。

      在冲突期间,大象人口越过边界进入博茨瓦纳,赞比亚和刚果民主共和国。 2002年战争结束时,动物种群慢慢开始回到冲突前的牧场。但仍然存在一个巨大的问题:数百万枚地雷仍在原地并在安哥拉各地引爆。当他们试图重新殖民时,许多大象被炸药炸死并致残。

      从受影响地区的大象收集的数据表明,牧群避开了雷区。这表明至少有一些返回的大象有相关的雷区有危险。这种关联可以基于什么?那些避雷的大象是否曾在这些地区看到其他人被杀?或者他们是否将地雷的气味与危险联系起来,将风险推断到存在气味的其他区域?

      我们无法回答所有这些问题。为了缩小我们的搜索范围,我和同事们开始研究大象是否能闻到地雷的主要成分 - 三硝基甲苯(TNT)。

      TNT具有低挥发性 - 物质进入空气柱的容易程度。这使得难以使用气味进行检测。但有些动物是极好的地雷嗅探者 - 其中包括狗和冈比安袋装鼠。蜜蜂也很擅长。

      Chishuru是一只雄性非洲象,在试验期间表示目标气味。图片:格雷厄姆亚历山大

      遗传方面

      赋予动物广泛嗅觉的原因归结为它具有多少种不同的嗅觉受体,这取决于物种的基因。

      与狗相比,非洲大象的嗅觉接收基因数量增加了一倍以上:大约2000只与狗的811相比。

       这表明嗅觉必须在大象的生活中发挥巨大作用。事实上,大象在迄今为止所测试的任何物种中的数量最多,这意味着它们很可能是动物王国中最好的嗅觉器官。

      我们不仅渴望了解他们是否能够使用嗅觉检测TNT,而且还了解他们的能力如何与训练有素的TNT检测犬相比。

      为此,我们在“大象历险记”中吸引了三只非洲大象 - 一个专注于提高保护意识的教育旅游设施。使用基于奖励的训练技术,我们训练大象表示他们可以在最初的一系列空白,非臭味样品中闻到TNT的味道,然后是高度挥发性的干扰物气味。

      样品是装有微量下列气味之一的单独滤纸:TNT;石油;丙酮;漂白;洗涤剂;茶;或者根本没有(空白)。将这些滤纸或样品分别放入桶中,并将样品桶(总共8个)以6米的直线放置在一条直线上。大象接受了训练,沿着生产线行走并调查每个水桶,抬起前腿,并在他们认为可以闻到TNT时将它挥动在选定的水桶上。

      大象很可能是动物王国中最好的“嗅觉器官”。

      结果表明,大象在嗅探过程的一个方面甚至比狗更好,这些动物目前被认为是地雷探测的黄金标准。

      灵敏度和选择性

      两个指标,灵敏度和选择性,在检测科学中非常重要。这些措施使研究人员能够了解狗或大象等生物检测器的表现。它们还允许跨物种进行比较。

      在我们的试验期间,大象只错过了97个TNT样本中的一个。这转化为惊人的敏感性评分为99.7%。灵敏度是指示目标物质(在这种情况下为TNT)存在时的倾向。相比之下,据报道,TNT检测犬的敏感性评分为93.7%。

      大象只做了六次假阳性指示,误认为53份丙酮样本中的5份和TNT的24份汽油样本中的一份。这种极低的假阳性频率导致了可观的选择性评分 - 也就是说,只表明TNT,而不仅仅是任何有气味的物质 - 的倾向为95.1%。这比狗报告的100%得分有点害羞。

      我们的研究结果表明,大象几乎比狗强5%,表明存在TNT,事实上,没有。但是,与大象相比,狗比TNT更容易错过6%。 TNT探测器明显更容易出现误报而不是假阴性:实际上它可能是生与死的区别。

              

              

          

              Mussina,一只雌性非洲大象,通过她的TNT嗅探步伐。

      真实世界的应用

      这是否意味着大象应该接管TNT嗅探犬的职责?

      不,绝对不是。我们无意将大象置于危险之中:它们庞大的体积和重量使它们完全不适合作为内场TNT探测器。

      但远程大象团队可以为安哥拉等国目前的排雷行动提供有价值的支持。

      通过无人驾驶车辆(如无人驾驶飞机)通过远程爆炸性气味追踪收集的样本可以送到大象进行筛查。从TNT检测大象收集的信息可以传递给在前线工作的排雷小组,甚至在部署之前。这种早期预警系统可以挽救排雷人员及其专用生物传感器伴侣的生命。

      其他值得探索的地方

      大象正确识别和区分学习气味与其他气味的能力表明它们也可用于其他生物传感器领域,如早期疾病检测。

      检测犬用于医疗和生物环境。我自己将它们用作生物学相关的模型,以证明通过嗅觉无法检测到粉扑加法器。

      经过特殊训练的狗已经筛查出癌症,糖尿病,癫痫,外来入侵物种,有害微生物和害虫。一些气味匹配的狗甚至能够将收集的样本与个体匹配,从而放弃了昂贵且耗时的基因测试的需要。在大多数情况下,狗在这些领域的表现比机械装置更可靠。

      大象可以在这些领域与狗的敏感能力相媲美,正如他们对TNT检测所做的那样。他们需要较少的维护培训,以保持他们的目标气味。我们的大象在最后一次试验后一年内能够重复相同的测试,取得了很大的成功,没有进行干预维护培训。

      此外,鉴于它们的寿命 - 它们可以在野外生存大约60年 - 大象一旦接受过培训,就可以作为长期存在的生物传感器,远远超过目前生物传感器的同类产品。

      而且,重要的是,利用自然行为获得奖励的生物学上适当的任务对于圈养动物来说是非常刺激的。因此,大象不仅可以在嗅出危险的同时拯救生命 - 它们可以在同一时间获得乐趣。

      Ashadee Kay Miller,威特沃特斯兰德大学动物,植物与环境科学学院博士候选人

      本文最初发表于The Conversation。阅读原始文章。