苏澄宇,自然科学/分享动物们的小秘密/Animalonearth

人的鼻子里大约有 500-600 万个嗅觉受体,狗最多可以有 3 亿个,是人的 50 倍。狗大脑中专门处理气味的区域,按比例算比人大 40 倍[1]。

数字摆在这里,如果一个垃圾桶让你嫌臭,同一个垃圾桶似乎应该让狗直接倒地。

动漫作者也是这么想的。

《犬夜叉》里,半犬妖犬夜叉有一个超级灵敏的鼻子,追踪妖怪全靠它。可浓烈的气味也是他的致命弱点,在第 17 集里(地狱画师的诅咒之墨),他被浓墨的味道直接熏晕在地,连战斗都没法继续。

编剧觉得这个设定天经地义:鼻子灵,就应该怕臭。

可真实的狗在垃圾堆旁边(吃屎)从不崩溃,它们只会兴奋。

那到底哪里错了?

2010 年,宾夕法尼亚州立大学的一组工程师做了一件事[2]:

他们用高分辨率 MRI 扫描了一只拉布拉多猎犬的鼻腔,建了一个精确的三维模型,然后在计算机里模拟空气通过这个鼻腔时的流动路径。

然后发现,狗吸气的时候,空气在鼻腔入口处就被一块横向的骨板分成了两股。上图,右侧标注了嗅觉区域(黄褐色)和呼吸区域(粉色)。

下图用箭头标注了那块横向的骨板 (lamina transversa)。

大约 87%的空气走下面的通道,直接通向肺部,这条路只负责呼吸。只有大约 12%到 13%的空气被引导到上面一个独立的腔室,那里才是密密麻麻排列着嗅觉受体的地方。

下图为气流路径模拟,红蓝路径线显示,吸气时绝大部分气流(蓝线)走呼吸通道直奔咽喉,只有少量气流(红线)被引导进入后部嗅觉凹室。

上图 c 显示气流完全不经过嗅觉区,这意味着上一口气吸入的气味分子会在嗅觉腔里“停留”更久,进一步提高探测效率 。

两条通道,两个功能,被一块骨头物理隔开。

人的鼻子没有这块隔板。我们吸气的时候,所有空气都流过嗅觉区域,闻味和呼吸共用一条路。所以你路过一个臭水沟,你没法“只呼吸不闻味”,每一口气都带着那股味道。

但狗可以,这就是区别。

不过,12%也不是零。就算只有 12%的空气进入嗅觉区,经过那些数量远超人类的受体处理之后,狗接收到的气味信息量依然很大。那这些信息到了狗的大脑里,会变成什么?


2020 年,埃默里大学的神经科学家格雷戈里·伯恩斯(Gregory Berns)做了一个不寻常的实验。

他让 18 只宠物犬躺进了脑部扫描仪。没有麻醉,也没有束缚,伯恩斯花了几年时间训练这些家庭宠物犬自己走进扫描仪,把下巴放在固定架上一动不动待几分钟。

实验设计很简单。每只狗先学会两种气味的含义:气味 A 意味着有食物奖励,气味 B 意味着什么都没有。

狗学会之后,研究者在扫描仪里给它们闻三样东西:纯 A、纯 B、以及 A 和 B 混在一起的混合物。

说白了就是看一件事,狗闻到混合味道的时候,大脑是把里面的成分一个个拆开感受,还是当成一个新味道来处理。

如果是前者,那闻到 A+B 的时候,大脑的反应应该同时带有 A 和 B 各自的特征,或者至少介于两者之间。

实际结果完全偏离了这个预测。

狗大脑中判断“这个味道好不好”的区域,对混合物 A+B 的反应,跟纯 A 不像,跟 A 和 B 的简单叠加也不像,反而最接近纯 B,那个什么奖励都没有的气味。

下图,用蓝色(有奖励)、红色(无奖励)、紫色(混合)三色柱状图,并排展示了尾状核、杏仁核、嗅球三个脑区的激活强度:

可以清楚看到,三个区域里紫色(混合气味)柱子的高度都最接近红色(无奖励),而不是蓝色(有奖励)。杏仁核的差异最为显著,是唯一通过多重比较校正的区域 。

研究者又做了进一步检验:一种模型假设狗把混合气味拆成成分分别处理,另一种假设狗把混合气味当成一种全新的气味来处理。后一种模型的准确率远远高于前者。

也就是说,狗闻到垃圾堆的时候,它大脑不觉得是“腐肉味、酸奶味、塑料味各自炸响”。它感知到的是一个完整的东西,一个只属于这堆垃圾的气味整体。

是不是有点抽象?

打个比方,人看人脸的时候,不会先分析“这是两个眼睛 + 一个鼻子 + 一张嘴”,再拼出“这是张三”,而是瞬间整体识别出张三这个人。狗也一样,它认出的不是某种成分,而是这个整体。

那缉毒犬是怎么从一堆东西里闻出违禁品的?

伯恩斯这个实验用的是普通家庭宠物犬,它们只学过两种纯气味,从来没接触过混合物。第一次碰到混合气味,大脑的默认反应就是把它当成一种全新的、没见过的味道。

缉毒犬和搜爆犬走的是完全不同的训练路径[3]。它们从一开始就在各种复杂混合物里反复寻找目标气味,几百次、几千次地练,练到能从一个整体里把目标成分揪出来。

行为学研究也证实了这一点,用混合物训练的狗在检测任务中表现远好于只用纯物质训练的狗。

家里那只翻着肚皮打滚的狗,没受过这种训练。它闻到的就是一个气味整体,不会拆开分析,就是一团丰富的信息。

可就算是整体,信号量不也更大吗?3 亿个受体收到的信息终归比 600 万个多得多。

这就涉及到一个关键的区分,灵敏度高一万倍到底意味着什么?


问题出在“恶心”这两个字上。

腐肉的主要气味来自两种分子:尸胺和腐胺。它们是细菌分解蛋白质时的副产品,名字听起来就让人不舒服[4]。

可尸胺和腐胺本身只是分子。它们不携带“臭”这个属性。“臭”是你的大脑闻到它们之后贴上去的标签[5]。

人类大脑为什么会贴这个标签?

因为你的祖先是杂食性灵长类动物。对灵长类来说,吃腐肉大概率意味着摄入致命的病原体。

几百万年的自然选择下来,闻到腐败气味就反胃,反胃就远离,远离就活下来,这套反应被写进了灵长类的大脑。包括你的[6]。

犬科动物走了一条完全不同的路。狗的祖先是兼性食腐者,既捕猎也吃现成的死肉。

对它们来说,接近腐肉是获取蛋白质的日常操作。同样的尸胺分子飘进犬的鼻腔,到达犬的大脑,触发的信号是“有东西,过去看看”[7]。

有一类搜救犬专门负责在灾难现场找到遇难者遗体[8]。训练这些狗的时候(下图),训导员用的就是商业生产的合成尸胺和腐胺。

训练尸体搜索犬的时候,训导员让犬只反复暴露于人体腐败气味,每当犬只准确定位目标,就立即给予玩具或食物奖励(下为训练奖惩方法统计饼图)。

久而久之,犬只会把“找到腐败气味”当作游戏通关的奖励信号。

2024 年一项实验中(克罗地亚奥西耶克动物园),研究者给圈养的狼闻了一组气味,包括几种香料和多种动物粪便。

狼对粪便表现出最高的兴趣,反复嗅闻,还在上面打滚(下图)。没有哪种气味引发了回避[9]。

所以你觉得臭,别人并不一定觉得。

就拿冰岛的发酵鲨鱼 Hákarl 来说,这玩意含高浓度氨和三甲胺(鲨鱼尿素分解产物),跟腐败物近[10]。

戈登·拉姆齐(Gordon Ramsay)在《地狱厨神:异国寻味》第三季第 7 集里,尝了一口直接吐了出来。

可冰岛人吃了上千年,那是文化遗产。

想想北京的豆汁。绿豆发酵出来的那股酸馊味,大部分人第一口下去就想吐。可从小被家里老人带着喝的北京人,喝到的不是酸馊,是“酸香”。汪曾祺写过,爱喝的人说“别的东西不能有这个味儿”。

“常喝豆汁儿,会上瘾。北京的穷人喝豆汁儿,有的阔人家也爱喝。梅兰芳家有一个时候,每天下午到外面端一锅豆汁儿,全家大小,一人喝一碗。豆汁儿是什么味儿?这可真没法说。这东西是绿豆发了酵的,有股子酸味。不爱喝的说是像泔水,酸臭。爱喝的说:别的东西不能有这个味儿——酸香!这就跟臭豆腐和启司一样,有人爱,有人不爱。”[11]

同一种分子,同一个物种(智人),不同的生存历史和文化背景,就能产生截然相反的反应。人和人之间尚且如此,何况人和狗之间。

所以,狗不是在“忍受”臭味。它压根就没觉得那是臭的。


读到这里,养狗的人可能想说:等等,我家狗确实怕某些味道啊。柑橘、醋、辣椒,它闻到就躲。这怎么解释?

那些东西让狗回避,主要原因是疼,跟“臭”没关系。醋里的醋酸、辣椒里的辣椒素,这些化学物质攻击的是鼻腔里负责感知化学灼伤的疼痛神经,跟嗅觉受体无关[12]。

辣椒素激活的是三叉神经末梢上的 TRPV1 受体(瞬时受体电位香草酸亚型 1),这是一种热 / 痛觉感受器,广泛分布于鼻腔黏膜;而嗅觉感知依赖的是嗅上皮中的嗅觉受体(OR)。两套系统完全独立,TRPV1 的激活与气味识别无关。

柑橘皮里的柠檬烯也会强烈刺激鼻腔黏膜。

你切洋葱的时候眼泪止不住,是因为洋葱释放的刺激性气体,直接攻击了眼睛和鼻腔里的疼痛感受器。

狗闻到辣椒扭头就跑,道理一样,都是化学物质直接刺激了疼痛神经,跟味道好不好闻无关。所以用柑橘精油防止狗啃家具是有效的,有效靠的是刺激感。

对腐烂和排泄物的气味,狗的感官世界里没有“恶心”这回事。有“疼”,有“有意思”,有“没意思”,就是没有“好恶心我要吐了”。