Descifrando el olor: un estudio revela cómo las señales olfativas cambian de forma con el viento

Una nueva investigación de la Universidad de Colorado en Boulder revela que el viento desempeña un papel importante. A medida que un olor se propaga, la turbulencia del aire altera sistemáticamente la sincronización de las corrientes olfativas, creando patrones que pueden ser útiles para que los animales se orienten hacia la fuente del olor.

Los hallazgos forman parte de la red internacional de investigación Odor2Action, que reúne a un equipo interdisciplinario de científicos de 16 instituciones para abordar un problema fundamental en neurociencia: cómo los animales utilizan los olores para guiar sus comportamientos naturales.

“Al comprender cómo el aire y el viento transforman las señales olfativas, podemos comprender mejor el comportamiento de navegación de los animales y, eventualmente, imitarlo, en aplicaciones que van desde la búsqueda y el rescate hasta la localización de fugas de productos químicos peligrosos”, dijo Elle Stark, investigadora postdoctoral del Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Arquitectónica y autora principal del estudio.

La navegación olfativa

Publicado en la portada de la revista PRX Life, el estudio une la física con la neurociencia a través de una colaboración entre ingenieros de la Universidad de Colorado en Boulder y el profesor Jonathan Victor, neurocientífico de Weill Cornell Medicine.

Para el estudio, el equipo clasificó las señales olfativas según las frecuencias que contienen. De forma similar a como las personas identifican canciones reconociendo frecuencias específicas, explicó Stark, el "contenido de frecuencia" de una señal olfativa puede ayudar a los animales a encontrar su origen.

Imaginemos, por ejemplo, una potente columna de aroma que emana de una flor de bergamota silvestre. Según explica Stark, a medida que el aroma abandona la flor con la esperanza de atraer a un polinizador, los remolinos turbulentos estiran esta columna de aroma en filamentos que se pliegan, se extienden, giran y se mezclan.

Cuando la columna de olor finalmente llega a una abeja, la señal olfativa es compleja y dinámica. "Puede haber una ráfaga de olor, un breve resoplido y luego aire vacío por un rato, y los animales de alguna manera logran descifrar todo eso para poder orientarse hasta la fuente", explicó.

Los científicos denominan a este proceso "navegación olfativa", y los animales lo han ido perfeccionando mediante la adaptación evolutiva durante millones de años.

El equipo de investigación plantea la hipótesis de que los animales utilizan los cambios sistemáticos de frecuencia que se producen entre el momento en que un olor sale de una flor y llega a la nariz.

“Es probable que estas transformaciones sean ingredientes importantes en la forma en que los animales interpretan las señales olfativas para determinar la distancia y la dirección hacia la fuente del olor”, dijo John Crimaldi , profesor de ingeniería civil, ambiental y arquitectónica, coautor del estudio e investigador principal de la red Odor2Action.

Hacer visible lo invisible

Las columnas de olor son invisibles, lo que dificulta visualizarlas e incluso estudiarlas. Pero, ¿y si pudieras verlas?

El grupo de Crimaldi utiliza tanto simulaciones por ordenador como experimentos de laboratorio para lograr precisamente eso. Mediante la aplicación de técnicas avanzadas de mecánica de fluidos experimental —la rama de la física que estudia el movimiento de líquidos y gases— han medido los intrincados detalles de cómo el aire y el olor se mueven juntos dentro de una columna de humo.

En otro trabajo, el equipo generó columnas de olor reales en un túnel de viento y luego las iluminó con láseres para hacer visible el olor invisible. Al ver un video, se asemeja a una columna de humo que se eleva en espiral por el aire después de que se apaga la mecha de una vela.

Esta técnica les permite no solo visualizar el flujo y la evolución del olor, sino también convertir las imágenes en conjuntos de datos cuantitativos que ayudan a esclarecer la compleja dinámica de estas columnas de humo.

En otro trabajo, el equipo generó columnas de olor reales en un túnel de viento y luego las iluminó con láseres para hacer visible el olor invisible.

Olfateando el futuro

Stark y Crimaldi afirman que comprender cómo la turbulencia transforma las señales olfativas es solo un paso en el proceso sensorial.

“Los animales participan en lo que llamamos detección activa, que implica moverse a través de la nube de humo, mover sus antenas, olfatear u otros comportamientos que modifican la señal olfativa”, dijo Stark.

La señal se modifica de nuevo durante el procesamiento neuronal.

“Las investigaciones futuras podrán analizar cómo cada paso contribuye a transformar la señal olfativa y, a partir de ahí, podremos comprender cómo los animales las utilizan para orientarse.”

Al comprender cada etapa de ese proceso, los investigadores esperan desarrollar sistemas artificiales que puedan hacer más que simplemente detectar olores. Las narices electrónicas actuales pueden determinar la presencia de una sustancia química, pero generalmente no pueden determinar su origen.

"Nuestro trabajo sugiere que, para cuando un olor llega a un animal, el flujo de aire ya ha transformado la señal", dijo Crimaldi. "El siguiente reto es comprender cómo el sistema nervioso aprovecha esa información transformada".

Fuente: Universidad de Colorado.