为什么陆地上常见的动物都是两个鼻孔?

为什么陆地上常见的动物都是两个鼻孔?

苏澄宇,动物科学 / 冷门问题收割者 / 分享动物们的小秘密

为什么有两个眼睛?因为可以获得深度视觉。

为什么有两个耳朵?因为可以获取声源更准确的位置。

但,为什么有两个鼻孔呢?不就是透气吗,透气还要精准定位吗?

不,是因为鼻子除了呼吸还有一个作用:闻味道而两个鼻孔可以扩大我们能闻到的更多的气味。


说一个关于鼻孔的冷知识,不止你感冒的时候只会有一边鼻孔是通气的,在正常情况下,鼻孔也是一边的流速远大于另一边的,两边不是做等量的工作的,总有一边在“偷懒”。这种现象被称为鼻周期(Nasal cycle[1])。

CT 扫描下显示的鼻周期证据,左侧鼻甲充血肿胀,而右侧则畅通无阻

一个鼻周期大约 2-7h,也就是说你一天下来,会有好几个鼻周期,期间鼻子是轮换着高强度工作。

这个道理在几个世纪前,练瑜伽的人就懂了,所以他们知道如何控制气息。这个机制不做详细介绍,因为我要解答的问题是为什么有两个鼻孔。

诺姆 · 索贝尔,一位斯坦福大学的神经学家,专门研究嗅觉[2]。一天早上他一个朋友和他一起吃饭,然后和他说了一个想法,两个鼻孔在同一时间有着不同的流速,这是不是意味着两个鼻孔可以探测到不同的化学物质。

索贝尔觉得这想法很有趣,于是做了一个实验,找了 20 名健康的志愿者,一次用一个鼻孔一次嗅一种辛烷[3]和香芹酮[4]的混合物。这些志愿者并不知道他们闻的是什么。

辛烷:汽油味,吸收速率缓慢;香芹酮:薄荷味,吸收速率较快。两种味道天差地别,就是因为差异很大,所以才混合起来好分辨。

结果发现,17 名受试者中在使用流速较慢的鼻孔闻混合物的时候,感觉到有更强烈的辛烷味,而流速较快的鼻孔则反之,感觉到更强烈的香芹酮味。由此可见,气味的感知取决于气流速度,而不是气味是由左鼻孔还是右鼻孔闻到的。

这说明,我们两个鼻孔因为流速不同,导致了闻到的味道也略有不同,可以感受到更多的气味。如果只有一个鼻孔,那在一个流速下,我们就只能感受到的气味少了一半。

所以,动物为什么有两个鼻孔?

一方面是为了你感冒的时候起码还有个鼻孔可以用(狗头),另一方面是为了让你闻到更多的气味。


为什么流速不同感受到的气味不一样?

我们之所以可以闻到气味,是因为我们吸入的化学分子先穿过嗅粘膜,再作用于嗅觉受体。不同的气味以不同的速度吸附和穿过黏膜。

拿牛蛙来举例,之前研究表明,给牛蛙闻一种特定气味的时候,化学分子吸附率与穿过粘膜的气流速率相互作用,感受到的气味因为速率变化而产生一定的变化。

不同的化学分子吸收效率不太一样,有吸收效率大的,比如辛烷,也有吸收效率小的,比如香芹酮。

这里分类讨论:

  1. 吸收效率大的气味在流速较低的时候,化学分子没跑多远就都被吸道粘膜上了,因此作用的嗅觉细胞区域很小;在流速较高的时候,化学分子就可以扩散到更大的粘膜范围,作于嗅觉区域变大了。
  2. 吸收效率小的气味在流速较低的时候,化学分子可以有充足的时间吸附在粘膜上,作用范围较大;在流速较高的时候,大部分化学分子可能来不及吸收,所以作用区域很小[5]

所以,鼻孔中流速越大对吸收效率高的气味更敏感,而流速越小的鼻孔对吸收效率小的气味更敏感。

你问海豚为啥就一个鼻孔?它们不照样活得好好的吗?对,是活得挺好的,因为能喘气就行,但它们没嗅觉啦[6]

还好你有两个鼻孔。


关于对称

这里得先说明一下,关于动物的对称性这个问题,科学家还没有完全搞懂,只做讨论。基于理论的东西,并没有得到完全的验证。

生物学上的对称分为两种,一种是两侧对称动物[7],另一种是辐射对称动物[8]。人类属于两侧对称动物,海星属于辐射对称动物。

对称不只是左右腿,左右手,左右眼睛,左右鼻孔,而且深入到我们的每一个细胞。细胞分裂的时候,会以对称的形式重新分配组织遗传物质,以确保每个子细胞在分裂之前都有每个基因的副本。

生物的对称性从简单的辐射对称开始,到两侧对称动物的出现,后面又有螺旋对称[9]的出现,是伴随生物体的进化而发展的。生物对称性的发展在某种程度上体现了生物进化的方向和规律。

对称的好处

  1. 对称动物有一个明显的好处,它们可以以直线的方式前进,可以更快地从 A 点到 B 点。如果一个动物不是对称的,那移动到目标地点都是个问题,生存能力肯定大幅低于不对称动物。
  2. 越对称的个体越能吸引异性,不仅限于人类的脸,因此更有利于繁殖。