汪星人擁有敏銳的嗅覺(jué)，這一點(diǎn)人盡皆知。然而除了緝毒與搜救，無(wú)所不能的狗狗們已經(jīng)涉足司法以及醫(yī)藥領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的犬只能夠追蹤紙幣，甚至發(fā)出癌癥預(yù)警。不僅如此，對(duì)于焦慮或者低血糖的人，嗅覺(jué)靈敏的狗狗也能提供可靠的幫助。戊戌狗年到來(lái)之際，讓我們衷心地感謝這群人類(lèi)的好伙伴。

撰文 | 巴巴拉·費(fèi)里（Barbara Ferry）?

翻譯 | 徐寒易

或許除了阮坦蘭（Rantanplan，法國(guó)家喻戶曉的動(dòng)畫(huà)角色，以憨笨著名）以外，所有的狗都有著非凡的嗅覺(jué)。狗的嗅覺(jué)就和猛禽的視覺(jué)一樣，細(xì)致而精準(zhǔn)。很早以前，人類(lèi)就利用狗來(lái)追蹤獵物，尋找失蹤者。近幾年來(lái)，狗的靈敏的嗅覺(jué)和它們活潑的個(gè)性在許多領(lǐng)域都有用武之地。狗能檢測(cè)出毒品、武器、炸藥、有害動(dòng)物或植物、焦慮或者低血糖的人，甚至能分辨癌癥早期的人發(fā)出的氣味……狗的嗅覺(jué)非常廣泛。雖然技術(shù)日新月異，但有一點(diǎn)可以肯定：人類(lèi)最好的朋友——狗的敏銳嗅覺(jué)不會(huì)被輕易取代。

狗的祖先是狼，后者是最早被人類(lèi)馴化的動(dòng)物。在很早以前，狗就融入了人類(lèi)的日常生活。最近在西伯利亞南部的阿爾泰山脈發(fā)現(xiàn)的一個(gè)犬類(lèi)頭骨證明，狼的馴化過(guò)程始于3.3萬(wàn)年前，而人類(lèi)定居的生活方式則有助于狼的馴化。人類(lèi)撫養(yǎng)幼狼并從中挑選出最溫馴的，最終繁育出了最理想的生活伴侶。

超敏銳的嗅覺(jué)

狼具有敏銳的嗅覺(jué)，覆蓋范圍極廣，而且它們吃得也少。這些特點(diǎn)，讓狼既可以幫助主人打獵，又可以保護(hù)主人的領(lǐng)地。狼和人類(lèi)的共棲關(guān)系改變了前者的生理（基因）和行為，使它們逐漸演化成了狗。

隨著機(jī)器、養(yǎng)殖業(yè)以及軍火業(yè)的出現(xiàn)，狗的角色也發(fā)生了變化。在以前，狗幫助主人追蹤獵物，現(xiàn)在人類(lèi)意識(shí)到，可以利用狗的得天獨(dú)厚的嗅覺(jué)來(lái)識(shí)別那些自己覺(jué)察不到的微量氣味分子。

嗅覺(jué)系統(tǒng)的主要功能就是檢測(cè)和識(shí)別空氣中的氣味分子，哺乳動(dòng)物的嗅覺(jué)尤其發(fā)達(dá)。對(duì)許多動(dòng)物來(lái)說(shuō)，檢測(cè)、區(qū)分不同氣味是生存（識(shí)別食物來(lái)源、覺(jué)察母獸或掠食者是否在附近）和繁衍（識(shí)別交配對(duì)象、判斷對(duì)方是否處于發(fā)情期）必不可少的能力。那么也就很容易理解，為什么在進(jìn)化的過(guò)程中，這樣復(fù)雜的嗅覺(jué)系統(tǒng)被保留了下來(lái)。

和視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)相比，我們對(duì)嗅覺(jué)的研究一直比較落后。直到約15年前，嗅覺(jué)研究才開(kāi)始熱鬧起來(lái)。借助基礎(chǔ)研究領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，研究者對(duì)嗅覺(jué)的機(jī)制，即氣味被外圍感覺(jué)系統(tǒng)——鼻子捕捉、編碼后，發(fā)送到大腦的過(guò)程，進(jìn)行了深入探索。

從2007年開(kāi)始，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的加里·賽特斯（Gary Settles）團(tuán)隊(duì)對(duì)狗鼻腔內(nèi)部的流體動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，特殊的解剖結(jié)構(gòu)，大大優(yōu)化了氣體在狗鼻腔內(nèi)部的傳輸效率，這和人類(lèi)鼻子的工作方式截然不同。

優(yōu)秀的狗鼻子

當(dāng)人類(lèi)吸氣時(shí)，用來(lái)呼吸和用來(lái)聞嗅的氣體是同一股。而在狗鼻子里，一道膜將狗吸入的氣流分成了兩股，一股進(jìn)入肺部供呼吸使用，而另一股則專(zhuān)門(mén)用于嗅覺(jué)。

人類(lèi)鼻腔內(nèi)的嗅感區(qū)比狗的要小，而且沒(méi)有卷繞的結(jié)構(gòu)。人類(lèi)的嗅球體積僅占大腦的0.01%，而狗的嗅球體積則占其大腦的0.31%。狗能夠分辨約50萬(wàn)種氣味，而人類(lèi)只能分辨1萬(wàn)種。不過(guò)，人類(lèi)對(duì)某些氣味分子比較敏感，比如香料和護(hù)膚品合成中常使用的戊酸，這或許是因?yàn)槿祟?lèi)有較強(qiáng)的認(rèn)知能力。

在吸氣的時(shí)候，狗鼻子會(huì)收縮，使氣體向上方移動(dòng)。接著，一層膜將氣流一分為二，12%的吸入氣流（紅色）被送到嗅感區(qū)，其余的氣體（藍(lán)色）會(huì)沿著咽喉進(jìn)入肺部。在呼氣時(shí)，氣流沿著鼻孔側(cè)邊呼出，這可以防止呼出的氣體和吸入的氣體混合。氣味分子只集中在吸入的氣流中。

狗鼻子的肌肉還能收縮，引導(dǎo)吸入的氣流向上通過(guò)鼻腔內(nèi)的嗅感區(qū)。2009年，賽特斯團(tuán)隊(duì)利用核磁共振成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，在呼氣的時(shí)候，氣流從狗鼻子的兩個(gè)鼻孔的側(cè)邊流出。這種呼吸方式增強(qiáng)了狗對(duì)氣體的嗅覺(jué)感知。

除此之外，狗還有另一種特殊的嗅聞動(dòng)作，進(jìn)一步加強(qiáng)了它們對(duì)氣味的檢測(cè)?？焖俸粑棵爰s6次），在狗鼻子的內(nèi)部制造了一股湍流，湍流為嗅感區(qū)的受體輸送了更多的氣味分子。獵犬的嗅黏膜上還會(huì)停留著一股氣味分子氣流，即使在它們呼氣或者跑步時(shí)，這股氣體也不會(huì)消散。另外，狗的兩個(gè)鼻孔和人類(lèi)不同，它們各自獨(dú)立工作，這為某些氣體的來(lái)源提供了更精確的信息。

狗鼻子里面的嗅黏膜層層交疊，提供了巨大的接觸表面積。在嗅黏膜上，分布著對(duì)不同化學(xué)物質(zhì)敏感的嗅覺(jué)受體。黏膜上的感覺(jué)神經(jīng)元浸潤(rùn)在黏液中，而嗅覺(jué)受體——膜蛋白就位于這些神經(jīng)元向外延伸的嗅覺(jué)纖毛上。如同須鯨的鯨須可以過(guò)濾磷蝦一樣，吸入的氣味分子也會(huì)在嗅黏膜上被不同的嗅覺(jué)受體分別過(guò)濾。

和所有的哺乳動(dòng)物一樣，狗的嗅覺(jué)受體也會(huì)捕捉、固定具有一定特征（分子量、電子密度、極化率、三維組織等）的氣味分子。每個(gè)感覺(jué)神經(jīng)元只表達(dá)一種特定的受體。

在嗅覺(jué)系統(tǒng)的另一端，嗅覺(jué)感覺(jué)神經(jīng)元的軸突在嗅球上聚集成束。接著，其他神經(jīng)元負(fù)責(zé)把接收到的感覺(jué)信號(hào)傳遞到大腦的初級(jí)嗅皮層和次級(jí)嗅皮層進(jìn)行信號(hào)處理。

復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)

狗擁有非凡的嗅覺(jué)得益于它那非常發(fā)達(dá)的嗅覺(jué)器官。狗鼻子的嗅感區(qū)位于鼻腔深處的上部，由互相交疊的極薄的骨質(zhì)篩板構(gòu)成，篩骨上面覆蓋著一層上皮細(xì)胞。這樣的結(jié)構(gòu)使嗅感區(qū)擁有較大的氣體交換面積，很容易捕捉吸入空氣中的氣味分子。核磁共振成像研究顯示，到達(dá)嗅上皮的氣流沒(méi)有和供呼吸使用的氣流混合，這有利于對(duì)氣味的識(shí)別。在嗅感區(qū)里，嗅覺(jué)神經(jīng)元會(huì)利用特異性感受器捕捉氣味分子，并把檢測(cè)到的感覺(jué)信號(hào)傳遞給嗅球（下圖）。嗅球?qū)π盘?hào)進(jìn)行高精度的綜合分析后再傳輸給大腦。

1999年，琳達(dá)·巴克（Linda Buck，2004年因?qū)Σ溉閯?dòng)物嗅覺(jué)受體的研究獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）通過(guò)鈣成像技術(shù)（能夠?qū)崟r(shí)追蹤大量神經(jīng)元的活動(dòng)）證實(shí)，嗅黏膜中每個(gè)嗅覺(jué)受體都能對(duì)多種具有不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的氣味分子作出響應(yīng)，反過(guò)來(lái)，多個(gè)嗅覺(jué)受體也會(huì)對(duì)同一種氣味分子作出反應(yīng)。

一組受體被激活后，就會(huì)編碼某個(gè)氣味分子的信號(hào)。這樣，每種氣味會(huì)形成獨(dú)有的神經(jīng)元激活圖示。雖然嗅覺(jué)受體種類(lèi)有限（狗有1200種，人類(lèi)只有400種），但通過(guò)神經(jīng)元和受體的不同組合，嗅覺(jué)系統(tǒng)能夠區(qū)分?jǐn)?shù)以萬(wàn)計(jì)的天然氣味分子（狗能區(qū)分50萬(wàn)種，人類(lèi)能區(qū)分1萬(wàn)種）。

在小鼠的嗅球中（上圖），不同的分子會(huì)引發(fā)不同區(qū)域的嗅小球的反應(yīng)。圖中從左到右分別是丁醛、戊醛、己醛、庚醛、辛醛（它們分別含有4~8個(gè)碳原子）引發(fā)的反應(yīng)。每種氣味分子會(huì)形成特有的嗅球細(xì)胞激活圖示。

標(biāo)記氣味

狗的獨(dú)一無(wú)二的嗅覺(jué)讓它們成了優(yōu)良的“探測(cè)器”。從公共安全到醫(yī)療健康，只要進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?xùn)練，狗的嗅覺(jué)在許多領(lǐng)域都表現(xiàn)出色。

在訓(xùn)練初期，不管什么品種的狗，都需要記住以后要檢測(cè)的氣味。馴犬師利用獎(jiǎng)勵(lì)和狗狩獵的天性訓(xùn)練狗：每當(dāng)狗成功檢測(cè)出目標(biāo)氣味，就會(huì)給狗一個(gè)玩具或者一個(gè)小點(diǎn)心。很快，狗就會(huì)愛(ài)上檢測(cè)任務(wù)。最重要的是，狗還會(huì)快速習(xí)得游戲規(guī)則：要贏得獎(jiǎng)勵(lì)的話，必須要“標(biāo)記”目標(biāo)氣味才行。換句話說(shuō)，狗必須要學(xué)會(huì)某種條件反射行為——在目標(biāo)前坐下、吠叫幾聲，然后去找主人。

訓(xùn)練到位了，狗才不會(huì)在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中出一丁點(diǎn)差錯(cuò)。在訓(xùn)練過(guò)程中，如果狗成功判斷出場(chǎng)景中沒(méi)有目標(biāo)氣味，或者成功拒絕了誘惑，也要獎(jiǎng)勵(lì)它。如果狗知道自己只有在不犯錯(cuò)的情況下才能獲得獎(jiǎng)勵(lì)，那么它們就有不犯錯(cuò)的動(dòng)機(jī)。經(jīng)過(guò)這樣的訓(xùn)練，狗寧可不“標(biāo)記”，也不會(huì)“錯(cuò)殺”。

根據(jù)不同的訓(xùn)練目的，一些訓(xùn)練會(huì)逐步增加難度，逐漸提高狗的嗅覺(jué)靈敏度。比如，如果是為了檢測(cè)地雷或炸藥，馴犬師會(huì)將包含目標(biāo)氣味的教學(xué)道具藏得越來(lái)越隱蔽，讓檢測(cè)難度逐步增加。地雷或炸藥的檢測(cè)訓(xùn)練一般會(huì)持續(xù)三個(gè)半月，而人體氣味的檢測(cè)訓(xùn)練則要持續(xù)兩年。

追蹤炸藥

不管是對(duì)警察、憲兵，還是對(duì)公共安全或私人安保來(lái)說(shuō)，狗已經(jīng)成為多才多藝、不可替代，同時(shí)又彌足珍貴的救援和安全輔助力量。狗能完成多種任務(wù)，比如檢測(cè)化學(xué)物質(zhì)（麻醉品、紙幣、武器、炸藥、彈藥、助燃劑等）、尋人（犯罪分子、受害者、被廢墟或雪崩掩埋的失蹤者等），或是在警方調(diào)查中識(shí)別人體氣味（odorology，狗輔助刑偵學(xué)）。

這些任務(wù)利用的，都是獵犬和牧羊犬在追逐獵物或包圍羊群的過(guò)程中演化出的追蹤能力。目前，法國(guó)的憲兵隊(duì)和警隊(duì)擁有數(shù)千只犬。根據(jù)需求，不同的單位選育適合不同工種的犬只。

檢測(cè)化學(xué)物質(zhì)（如炸藥、紙幣）的犬只通常體型較小、性格活潑，如獵狐梗、杰克羅素梗，但有時(shí)也用大型犬，如德國(guó)牧羊犬、比利時(shí)馬里努阿犬。近15年來(lái)，反恐成為了法國(guó)社會(huì)的重心，因此在人流量大的公共場(chǎng)所（如機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站、邊境或空港區(qū)域），快速、有效地識(shí)別可疑包裹成了必不可少的活動(dòng)。

由于體型小巧靈活，狗可以在人頭攢動(dòng)，甚至狹窄閉塞的場(chǎng)所（如事故現(xiàn)場(chǎng)）快速移動(dòng)，定位爆炸物和所有有害物質(zhì)的源頭。即使在人群中，狗也能有效地檢測(cè)出移動(dòng)的爆炸物、槍支，甚至是煙霧的氣味。就算嫌疑人已離開(kāi)氣味源數(shù)米，狗也能定位嫌疑人。

因此，狗可以參與各種各樣的行動(dòng)。它們既不會(huì)打草驚蛇，也不會(huì)嚇壞圍觀群眾。美國(guó)的一些研究甚至表明，狗參與行動(dòng)還可以安撫人群。在法國(guó)，從2016年起，如果涉及公眾集會(huì)，警察就會(huì)用犬只來(lái)檢測(cè)爆炸物。

檢測(cè)紙幣

搶劫、毒品走私或洗錢(qián)產(chǎn)生的黑錢(qián)同樣也逃不過(guò)受過(guò)專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練的狗鼻子，這些狗能夠嗅出紙幣墨水的氣味。法蘭西銀行（Banque de France，法國(guó)央行）專(zhuān)門(mén)為這些狗的訓(xùn)練制作了特殊的假幣，這些假幣用真鈔的紙張和油墨制成，粉碎之后壓成了磚塊的形狀。

在發(fā)表于2002年的一項(xiàng)研究中，法國(guó)巴黎毒物化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室（Tox Lab）的瑪麗·拉菲特（Marie Lafitte）和同事發(fā)現(xiàn)，90%涉及毒品走私的紙幣都含有毒品的氣味分子。將來(lái)，接受毒品特別訓(xùn)練的狗也要接受紙幣氣味的訓(xùn)練，這樣它們不但能找到隱藏的毒品，還能找到毒品走私的黑錢(qián)。

逃稅的人也要小心了，受過(guò)訓(xùn)練的狗會(huì)在機(jī)場(chǎng)仔細(xì)搜查藏匿在行李箱中的紙幣。在意大利，每年的逃稅金額估計(jì)高達(dá)2720億歐元。在2016年，紙幣搜尋犬在機(jī)場(chǎng)搜出了1.3億歐元的偷逃稅款。

白雪之下

即使從沒(méi)看過(guò)法國(guó)電影《靈犬雪莉》（Belle et Sébastien）的人也知道，狗在搜救失蹤者方面很有一套。如果在接受訓(xùn)練后，狗學(xué)會(huì)分辨人類(lèi)體味的話，它們既可以追蹤熟悉的人，也可以在不知道搜尋對(duì)象體味的情況下，在特定區(qū)域內(nèi)找到幸存的人類(lèi)。這就是搜救犬的職責(zé)，它們?cè)趶U墟下或雪崩后搜尋生還者。參與雪崩搜救工作的犬只還必須能夠“在積雪表面搜尋人類(lèi)尸體的氣味”。搜救犬甚至能找到埋在幾米深的積雪下的罹難者！。

這種特殊的工作也需要工作犬有優(yōu)秀的體能。實(shí)際上，在進(jìn)行訓(xùn)練的時(shí)候，這些四條腿的救護(hù)隊(duì)員要學(xué)會(huì)攀登梯子、在搖晃的木板上行走、在昏暗的坑道中滑行、翻越火坑……它們還要習(xí)慣直升飛機(jī)的懸吊，以及推土機(jī)和手提鉆發(fā)出的噪音。搜救犬一般都是比利時(shí)馬里努阿犬，因?yàn)樗鼈兡軌騽偃紊鲜龈鞣N訓(xùn)練。

雖然前述的各種工作犬都只熟悉某種特定氣味，但大量研究表明，狗還善于比較同一類(lèi)氣味（尤其是不同人的體味），并找出目標(biāo)。要做到這一點(diǎn)實(shí)屬不易，因?yàn)槿祟?lèi)的體味非常復(fù)雜。

實(shí)際上，我們的體味是由不同成分構(gòu)成的。首先，基因決定了一部分體味，如人類(lèi)體表的上皮細(xì)胞、汗腺以及皮脂腺分泌的化學(xué)混合物的成分（烴、醇、羧酸、酮、醛）。其次，寄居在人類(lèi)體表的微生物也會(huì)發(fā)出獨(dú)特的氣味。人類(lèi)體表的細(xì)菌會(huì)將汗腺分泌的長(zhǎng)鏈脂肪酸分解為具有揮發(fā)性和特殊氣味的短鏈脂肪酸。

體味的第一種成分被研究者命名為“主要?dú)馕丁?，它不隨時(shí)間變化。體味的第二種成分叫做“二級(jí)氣味”，會(huì)隨著飲食、情緒（如抑郁、應(yīng)激）而變化。最后是“三級(jí)氣味”，主要由“外部”氣味分子構(gòu)成，如化妝品、肥皂、香水留下的味道。這些不同層次的氣味相互混合，形成了每個(gè)人獨(dú)特的體味。

在尋人的時(shí)候，要找的是某人留下的氣味（特殊的體味、衣物、鞋子、化妝品等人造物留下的氣味），以及被搜尋者在現(xiàn)場(chǎng)引起的變化（如被踩扁的植物和昆蟲(chóng)）。狗的任務(wù)就是記住被搜尋者的氣味（也叫“參考?xì)馕丁?，如被搜尋者衣物的味道），并把這個(gè)味道和現(xiàn)場(chǎng)其他氣味進(jìn)行比較。

對(duì)于狗來(lái)說(shuō)，任務(wù)的難點(diǎn)在于從周遭五花八門(mén)的氣味中分辨出參考?xì)馕叮?/strong>因?yàn)槠渌^(guò)路人也會(huì)留下自己的氣味。只有找到了參考?xì)馕恫拍茏粉櫮繕?biāo)。如果狗能夠分辨氣味的新鮮程度，那么它就能更好地追蹤被搜尋者。