Hvordan afrikanske elefanters fantastiske lugtesans kunne redde liv

I 27 år var Angola grebet af borgerkrig. En halv million menneskeliv gik tabt og dyreliv, også, blev decimeret for at opretholde tropper. Næsehorn og elefanter blev værdifulde mål - næsehornshorn og elfenben tjente som valuta for våben blandt oprørsstyrker.

Under konflikten flygtede elefantpopulationer over grænsen til Botswana, Zambia og Den Demokratiske Republik Congo. Da krigen sluttede i 2002 begyndte dyrepopulationer langsomt at vende tilbage til deres græsningsområder før konflikten. Men et stort problem forblev:millioner af landminer var stadig in situ og udløst over Angola. Mange elefanter blev dræbt og lemlæstet af sprængstofferne, da de forsøgte at rekolonisere.

Data indsamlet fra halsbåndelefanter, der bevægede sig gennem de berørte områder, viste, at flokke undgik minefelter. Dette tydede på, at i det mindste nogle af de hjemvendte elefanter havde forbundet minefelter med fare. Hvad kunne denne forening være baseret på? Havde de minefeltundgående elefanter set andre dræbt i disse områder? Eller havde de forbundet lugten af ​​landminer med fare, ekstrapolerer risikoen til andre områder, hvor lugten var til stede?

Vi kunne ikke svare på alle disse spørgsmål. For at indsnævre vores søgning gik mine kolleger og jeg i gang med at finde ud af, om elefanter kunne lugte hovedbestanddelen af ​​landminer – Trinitrotoluen (TNT).

TNT har en lav flygtighed - den lethed, hvormed et stof bevæger sig ind i luftsøjlen. Dette gør det svært at opdage ved hjælp af lugt. Men nogle dyr er fremragende landminesniffere - blandt dem hunde og gambiske pungrotter. Bier er også gode til det.

Genetisk aspekt

Hvad der giver et dyr en bred lugtesans afhænger af, hvor mange forskellige slags lugtereceptorer det har, og dette er bestemt af artens gener.

Afrikanske elefanter har mere end dobbelt så mange gener forbundet med lugtemodtagelse sammenlignet med hunde:omkring 2000 versus hundes 811. Dette tyder på, at lugteevne skal spille en enorm rolle i elefanters liv. Faktisk, elefanter har det højeste antal af nogen art, der er testet til dato, hvilket betyder, at de muligvis kan være de bedste lugtere i dyreriget.

Ikke alene var vi ivrige efter at finde ud af, om de kunne opdage TNT ved hjælp af lugte, men også hvordan deres evner sammenlignet med højtuddannede, TNT-detektionshunde.

At gøre dette, vi fik hjælp fra tre afrikanske elefanter til "Adventures With Elephants" – en uddannelsesmæssig turismefacilitet med fokus på at øge bevidstheden om bevaring. Brug af belønningsbaserede træningsteknikker, vi trænede elefanterne til at indikere, når de kunne lugte TNT blandt en række blanke, ikke-ildelugtende prøver først og derefter senere, meget flygtige distraktor lugte.

Prøver var individuelle filterpapir fyldt med spormængder af en af ​​følgende lugte:TNT; olie; acetone; blege; vaskepulver; te; eller slet ingenting (blanks). Disse filterpapirer, eller prøver, blev anbragt individuelt i en spand, og prøvespande (otte i alt) blev placeret 6 meter fra hinanden, i en lige linje. Elefanterne blev trænet til at gå langs linjen og undersøge hver spand, løftede deres forben og viftede med det over den valgte spand, når de troede, de kunne lugte TNT.

Resultaterne tyder på, at elefanter er endnu bedre til et aspekt af snuseprocessen end hunde, dyrene, der i øjeblikket betragtes som guldstandarden inden for påvisning af landminer.

Sensitivitet og selektivitet

To målinger, følsomhed og selektivitet, er utrolig vigtige inden for detektionsvidenskab. Målinger af disse gør det muligt for forskere at forstå, hvor godt en biodetektor som en hund eller elefant præsterer. De giver også mulighed for sammenligninger på tværs af arter.

Elefanterne gik kun glip af én ud af 97 TNT-prøver under vores forsøg. Dette udmøntede sig i en fænomenal følsomhedsscore på 99,7 %. Sensitivitet er tilbøjeligheden til at angive, når et målstof (i dette tilfælde TNT) er til stede. Sammenlignet med, følsomhedsscore for TNT-detektionshunde er blevet rapporteret til 93,7 %.

Elefanterne lavede kun seks falsk-positive indikationer, at forveksle fem ud af 53 acetoneprøver og én ud af 24 benzinprøver for TNT. Denne utroligt lave frekvens af falske positive resulterede i en respektabel selektivitetsscore – dvs. tilbøjeligheden til kun at angive TNT, og ikke et hvilket som helst lugtende stof – på 95,1 %. Dette er lidt genert af den 100% score, der er rapporteret for hunde.

Vores resultater indikerer, at elefanter er næsten 5 % mere tilbøjelige end hunde til at indikere tilstedeværelsen af ​​TNT, når, faktisk, der er ingen. Men hunde er næsten 6 % mere tilbøjelige til at savne TNT end elefanter er. Det er naturligvis bedre for TNT-detektorer at være tilbøjelige til falske positive frem for falske negative:faktisk kan det være forskellen mellem liv og død.

Ansøgning i den virkelige verden

Betyder det så, at elefanter skal overtage TNT-snusende hundes pligter?

Ingen, absolut ikke. Vi har ingen intentioner om at bringe elefanter i fare:deres store størrelse og vægt gør dem fuldstændig uegnede til at være TNT-detektorer på marken.

Men fjerntliggende elefanthold kunne fungere som værdifuld støtte til nuværende minerydningsoperationer i lande som Angola.

Prøver indsamlet via Remote Explosive Scent Tracing af ubemandede køretøjer såsom droner kunne sendes til elefanterne til screening. Informationen indsamlet fra TNT-detektionselefanter kunne videregives til minerydningshold, der arbejder ved frontlinjerne, selv før de er indsat. Dette tidlige varslingssystem kan potentielt redde livet for minerydderne og deres dedikerede biosensor-kammerater.

Andre områder at udforske

Elefanters evne til korrekt at identificere og skelne en indlært duft fra andre lugte tyder på, at de også kan være nyttige inden for andre biosensorområder, såsom tidlig sygdomsdetektion.

Detektionshunde bruges i medicinske og biologiske omgivelser. Jeg har selv brugt dem som en biologisk-relevant model for at demonstrere, at puffaddere ikke kan påvises via lugte.

Specielt trænede hunde screener allerede for kræft, diabetes, epilepsi, fremmede invasive, skadelige mikrober og skadedyr. Nogle hunde, der matcher duft, er endda i stand til at matche indsamlede prøver til individer, giver afkald på behovet for dyre og tidskrævende genetiske tests. Hundens præstation på disse områder er, i de fleste tilfælde, viser sig mere pålidelige end mekaniske enheder.

Elefanter kunne konkurrere med hundes følsomhedsevner på disse områder, som de gjorde til TNT-detektion. De kræver mindre vedligeholdelsestræning end hunde for at holde dem på målduften. Vores elefanter var i stand til at gentage de samme tests med stor succes et år efter deres sidste forsøg, uden mellemliggende vedligeholdelsestræning.

Ud over, i betragtning af deres lange levetid – de kan leve til omkring 60 år i naturen – elefanter, en gang trænet, kunne tjene som mangeårige biosensorer, der langt overlever nogen af ​​deres nuværende biosensor-modstykker.

Og, vigtigt, biologisk passende opgaver, der involverer naturlig adfærd for at opnå belønning, er yderst stimulerende for dyr i fangenskab. Så ikke kun kunne elefanter potentielt redde liv, mens de opsnuser farer – de kunne have det sjovt på samme tid.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.