Гэри Сэттлз – профессор машиностроения в Пенсильванском государственном университете. Он специализируется на жидкостной динамике, которая изучает перемещение воздуха или воды, когда они проходят над крылом или проталкиваются через трубки. Эта сфера науки нужна не только для того, чтобы понимать принцип работы и проектировать эффективные крылья для самолетов, сопла реактивных двигателей и бытовые вентиляторы; благодаря ей работают устройства, которые втягивают воздух и анализируют его на наличие частиц, – такие устройства используются для поиска как взрывчатых веществ в контейнерах на грузовых кораблях, так и наркотиков в чемоданах. Его интерес к этим устройствам был настолько велик, что он решил изучить подобные процессы в природе и занялся исследованием носа собаки. Один из его последних проектов называется: «Аэродинамика собачьего обоняния при поисковых работах по обнаружению неразорвавшихся снарядов» [22] .

Однажды я попал на лекцию Сэттлза, где он объяснял жидкостную динамику воздуха в собачьем носу. Он начал с рассказа о том, что исследование митохондриальной ДНК [23] , извлеченной из окаменевших останков, подтверждает теорию о том, что собакообразные животные – в том числе волки, лисы, еноты, медведи, семейство куньих и шакалы – выделились в отдельную ветвь млекопитающих порядка 50 миллионов лет тому назад. Примерно в тот же период первобытные обезьяны, предки человека, выделились в отряд приматов. Как и другие млекопитающие, собакообразные животные втягивали и выдыхали воздух через нос при помощи дыхательных мышц легких, словно накачивая его кузнечными мехами. Следовательно, их обоняние должно было быть точнейшим образом синхронизировано с функцией дыхания.

Собачий нос идеально приспособлен для того, чтобы принюхиваться, то есть втягивать воздух и чувствовать витающие в нем запахи. Уникальность строения начинается с ноздрей. Если вы посмотрите на «пятачок» собаки, то увидите, что у ноздрей необычная форма: основное отверстие окружено мембранами – так называемыми крыловидными складками, – и от них вбок отходят изогнутые щели. Внешне собачьи ноздри похожи на лежащие на боку запятые. Когда собака нюхает землю, она втягивает воздух через центральные отверстия ноздрей, расширяя их при помощи мышц в крыловидных складках, а вот при выдохе задействуются другие мышцы, перенаправляющие ток воздуха в боковые щели. Система с расширением основных отверстий ноздрей дает одно огромное преимущество – она предотвращает смешивание выдыхаемого воздуха с вдыхаемым, одорированным. Чем ближе нос собаки к земле, тем важнее эта физиологическая особенность для ее обоняния. Вот как это описывает Сэттлз:

«Направление струй выдыхаемого воздуха <…> обусловлено формой “выпускного отверстия”, сформированного крыловидными складками и расширенными крыльями носа <…> Следовательно, внешняя часть ноздрей выполняет функцию устройства отклонения потока с изменяемой геометрией. Это дает сразу три преимущества: 1) предотвращает нарушение целостности источника запаха, перенаправляя выдыхаемый воздух вбок; 2) взбивает частицы, находящиеся рядом с источником запаха, потенциально выпуская продолжение одорированного следа; 3) при помощи направленных струй выдыхаемого воздуха закручивает окружающий воздух <…>, затягивает его с ростральной (находящейся прямо перед) точки точно к ноздрям. Этот “эжектирующий эффект” [24] <…> помогает обонянию; другими словами, это и есть “реактивное обоняние”».

 Нос собаки предназначен в первую очередь для внешнего обоняния, а человеческий нюх наиболее остер при восприятии внутренних вкусовых ощущений.

Когда собака принюхивается, ее нос втягивает сферу воздуха диаметром около 4 дюймов (10 сантиметров), центр которой находится у ноздрей. Эта сфера называется пределом обоняния, в рамках которого собака улавливает даже низкую концентрацию одорированных молекул. Когда пес нюхает воздух, он делает глубокие, медленные вдохи и держит рот открытым, чтобы у обонятельных мембран в носу было достаточно времени на выявление одорированных частиц. Благодаря этому собаки, почуявшие запах добычи, «указывают» носом в ее направлении.

Чтобы обнаружить запах на земле, собака старается сократить предел обоняния до минимума; именно поэтому, взяв след, она практически утыкается носом в землю. Чем меньше предел, тем плотнее струи воздуха, а следовательно, выше и концентрация одорированных молекул. Сэттлз тщательно задокументировал движение потоков, которые собирались в центре основных отверстий ноздрей, а затем выбрасывались через боковые щели. Собаки обладают потрясающе гармоничной системой отслеживания запахов: восприятие усиливается подобно тому, как в центральной части сетчатки, фовеоле, усиливается острота зрения [25] .

Система обоняния собаки работает почти как глаз человека: есть специальные, наиболее чувствительные к молекулам запаха (у глаза – к свету) области, где система концентрирует восприятие.

Сэттлз также проанализировал, как собаки используют свою обонятельную систему вместе со зрительной для изучения нового источника запаха. Сначала животное утыкается ноздрями в землю и идет по следу нарастающей концентрации запаха до тех пор, пока одорант не достигнет предельной концентрации и не начнет ослабевать. Затем продолжает обнюхивать землю вокруг источника, одновременно оценивая его визуально. На этом этапе у выдыхаемого воздуха своя роль – боковые струи раздувают частицы вокруг источника, поднимая маленькие облачка частиц почвы и одоранта, которые затем втягиваются в ноздри с вдыхаемым воздухом.

Стоит также отметить, что нос собаки не только является органом чувств, но выполняет и ряд моторных функций: 1) с его помощью собака передвигает элементы среды, высвобождая частицы запаха; 2) подвижный нос позволяет подстраивать положение ноздрей для захвата наибольшей концентрации запаха от источника; 3) разделение входящих и исходящих потоков одорированного воздуха способствует достижению баланса и предельной эффективности обоняния.

Типы запахов, привлекающих внимание собак, во многом зависят от расположения их обонятельного аппарата. У собак, как и большинства четвероногих сухопутных животных, голова находится достаточно близко к земле – уткнуться носом в землю естественно как для собак, так и для более крупных зверей. Перемещение на четырех ногах также подразумевает, что голова и бедра находятся примерно на одной высоте. Это напрямую влияет на социальные взаимодействия с представителями своего вида – когда две собаки здороваются, расположение носа позволяет обнюхивать не только голову нового знакомца, но и заднюю его часть. Именно поэтому для них естественно наличие одорантных меток с обоих концов туловища. В социальных ситуациях собаки также стараются минимизировать расстояние до источника запаха, вследствие чего их приветствие подразумевает достаточно тесный физический контакт. Интересный факт: собаки принюхиваются не только к запаху изо рта, чтобы узнать, что ела другая собака, но и к запаху мочи и кала, узнавая таким образом о прошлых, уже выведенных из организма порциях пищи. Обнюхивая друг друга сзади, собаки также получают сведения о гормональном статусе и фазе половой активности.