Odori animali

L’uomo che sapeva di pesce – If you stink like a fish

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Siamo fatti anche noi della materia di cui son fatti i sogni; e nello spazio e nel tempo d’un sogno è racchiusa la nostra breve vita

(Prospero: atto IV, scena I)

Probabilmente molti di voi conosceranno, in una qualche forma, questa citazione dal dramma teatrale “La tempesta” di William Shakespeare. Eppure quest’opera dovrebbe essere ricordata anche per un’altra citazione suggestiva, almeno per chi è interessato a puzze e odori, e a malattie rare.

Siamo nell’atto II e Trinculo, grezzo ubriacone, parla senza giri di parole – figuriamoci delicatezza – dello schiavo Calibano:

E qui che cosa abbiamo? Un uomo o del pesce? Vivo o morto? Pesce: puzza come il pesce; un tanfo di pesce che è lì da anni; puzza come un vecchio nasello

(Calibano: atto II, scena II; mia traduzione libera dal testo inglese, vedi sotto)

E ora mettetevi nei panni del povero Calibano, ché già non è che se la passasse proprio bene: era uno schiavo caraibico, ed era affetto da alcune deformità. Inoltre, il suo corpo emetteva per davvero odore di pesce andato a male. Una condizione che, secoli dopo, verrà conosciuta e descritta dai medici come – indovinate un po’ –  “sindrome dell’odore di pesce” (Fish-odour syndrome) o trimetilaminuria. È una malattia genetica rara e le persone con questa sindrome hanno sudore, alito, pipì e liquidi corporei in generale, caratterizzazzati da un odore molto forte spesso descritto come quello di pesce guasto, uova rancide, urina. È una condizione che non procura danni o impedimenti fisici se non il fatto di puzzare terribilmente, e questo, invece, sì determina diversi problemi, che si ripercuotono sulla vita sociale e talvolta anche sulla salute psicologica dei pazienti.

Essendo, come dicevamo, una malattia piuttosto rara, ed avendo come quasi unico sintomo la puzza, è spesso ancora oggi difficile da diagnosticare (i test per diagnosticarla ci sono, ma fino a poco tempo fa non era molto nota e nessuno pensava a questa possibilità, e quindi a fare il test appropriato) per cui in diversi casi riportati si è arrivati alla diagnosi esatta solo dopo anni.

Il disturbo fu descritto per la prima volta in un articolo medico uscito su Lancet nel 1970 con il titolo: “Trimetilaminuria: la sindrome dell’odore di pesce” (Trimethylaminuria: the fish-odour syndrome). In questo caso si trattava di una bambina di sei anni, affetta anche da sindrome di Turner e con una storia clinica di numerose infezioni polmonari, quindi già sotto osservazione medica. La madre riportava inoltre “l’odore di pesce” della bambina. I medici cercarono di capire a cosa fosse dovuto questo odore e, dopo diverse analisi, scoprirono che la paziente non metabolizzava bene una sostanza chiamata trimetilammina (TMA).

Intermezzo sulla puzza di pesce  

Perché il pesce dopo qualche giorno inizia ad avere un odore molto intenso? La principale responsabile è proprio lei, la trimetilammina, anche se i pesci non hanno la sindrome di cui parlavamo. O meglio, in un certo senso sì, ma da morti.

I pesci di mare vivono in un ambiente molto più salino di quello presente nei loro tessuti, così molti di loro (soprattutto gli elasmobranchi) per “bilanciare” questa differenza e mantenere il giusto equilibrio salino hanno bisogno di stoccare delle molecole chiamate osmoliti. In questo modo aumentano la pressione osmotica dei tessuti e possono “tener botta” all’ambiente iperosmotico marino. Il composto principale “stoccato” si chiama trimetilammina-N-ossido (TMAO) e deriva dalla trimetilammina. Tuttavia, quando l’animale muore TMAO viene degradato e trasformato di nuovo da batteri e altri enzimi nella nostra puzzosa trimetilammina, che conferisce al pesce “di qualche giorno” il suo caratteristico odore.

Trimetilammina (Wikipedia)

La sindrome dell’odore di pesce

Nell’uomo la trimetilammina viene prodotta, per esempio, a partire da un’altra molecola, la colina, che assumiamo col cibo. A questo punto un enzima del fegato chiamato FMO3 (Flavina-monossigenasi-3) trasforma la trimetilammina in TMAO. Se per qualche ragione l’enzima FMO3 non funziona bene o nasciamo con una mutazione genetica che lo rende difettoso, la trimetilammina non viene trasformata e rimane a piede libero, dando alla persona l’aroma di pesce vecchio.

La diagnosi di solito si fa misurando la concentrazione di trimeltilammina e TMAO nelle urine, e nel caso i livelli di trimetillammina siano molto alti, si fa un test genetico. Come dicevamo la trimetilamminuria è una malattia genetica, autosomica recessiva, piuttosto rara e, anche per questo, a volte non facile da diagnosticare. Tuttavia, anche se è stata descritta in modo chiaro solo negli anni Settanta del secolo scorso, diversi documenti storici, e letterari, fanno a volte riferimento aneddottico a quadri clinici che fanno pensare a una sindrome come quella dell’odore di pesce. Uno di questi esempi è appunto il nostro Calibano, citato da Shakespeare.

Il trattamento del disturbo non prevede ancora, purtroppo, una vera cura, ma solo metodi per controllare la puzza. Il principale è fare attenzione all’alimentazione, cercando di ridurre i cibi ricchi di trimetilammina, come pesce di mare e crostacei, e altri alimenti ricchi di suoi precursori, come la colina. Con quest’ultima però la faccenda è complicata: la colina è importante per il corretto funzionamento delle cellule e del sistema nervoso, e particolarmente importante durante la gravidanza e lo sviluppo embrionale, perciò una sua carenza può causare gravi disturbi.

Bonus

Gli aneddoti più o meno folkloristici che descrivono casi simili alla sindrome dell’odore di pesce nel corso della storia sono diversi. Prima di Shakespeare anche altri vi avevano fatto riferimento. Nel testo indiano Mahabharata (1000 A.C.), per esempio, si narra di una giovane donna, di nome Satyavata, costretta al confino e all’isolamento per via del suo odore “di pesce” per l’appunto. Ma anche in diversi racconti della tradione Thai si fa riferimento, di tanto in tanto, a personaggi con lo stesso problema. Per tornarre in Europa invece, un altro testo interessante è il “Nature of aliments” (1735) di John Arbuthnot, scienziato che in questo trattato su cibo e nutrizione fa riferimento esplicito ai possibili effetti del mangiare troppo pesce e al fatto che gli abitanti dei posti di mare che si cibano quasi esclusivamente d pesce spesso hanno anch’essi quell’odore. Ovviamente non possiamo sapere se in questi casi si trattasse davvero di individui affetti dalla vera sindrome dell’odore di pesce, o altro, ma ile descrizioni danno spazio alle speculazioni.

If you stink like a fish

We are such stuff as dreams are made on, and our little lifeis rounded with a sleep.

(Prospero, IV.I.148–158)

You all probably know this quote from The tempest by William Shakespeare, what you might not know is that, within the same play, odor-hunters and morbid- nerdy lovers can found some little treasures as well.

Take this moment, for example, act II, scene II, the rude jester Trinculo refers to Caliban, a deformed slave from Caribbean islands, as following:

What have we here? a man or a fish? Dead or alive? A fish: he smells like a fish; a very ancient and fish-like smell; a kind of not of the newest Poor John

(The Tempest II. II. 26–29)

Surely not respectful, nor sympathetic, the description holds, indeed, some true: Caliban did actually smell like a fish.

We could speculate he was affected by a genetic disorder, lately in the Twenty century described – guess how – as “fish-odour syndrome” or trimethylaminuria. The disease is not mortal, yet affects severely the quality of life of the person who carries the disorder: sweat, breath, pee, and all its body fluids have a smell often described like rotting fish, eggs, urine. That implies possible difficulties in social interactions, law self-esteem, and in some cases psychological issues.

Short digression on the smell of fish

Did you ask yourself why, after all, fish start to stink that way after some days? Do they also somehow suffer of such a syndrome? Well, not exactly, as far as they stay alive.

See fish live in a salty environment, and the salt-concentration is much higher than what is in their tissues. Therefore, they developed a trick in order to “counterbalance” the so-called high osmotic pressure, with high concentrations of certain compounds like amine. The main of these is the trimethylamine-N-Oxide (TMAO), an odorless compound derived from the metabolism of trimethylamine. When they die, bacteria and enzymes start to degrade TMAO back into trimethylamine, which has the characteristic fish odour.

The fish-odour syndrome 

In humans trimethylamine is usually assumed trough food like see fish and crustaceans, or as a byproduct of other substances like choline. In the liver the trimethylamine is then converted into TMAO by an enzyme called FMO3 (Flavin- monooxygenase-3). When FMO3 does not work properly, or we got a genetic mutation for this enzyme, trimethylamine remains in our body, which in turn starts to stink as rotten fish.

The first clinical case described was in 1970 on the medical journal Lancet: “trimethylaminuria: the fish-odour syndrome”. A six-year-old girl, with pulmonary infections and other diseases was under medical observation. The mother reported also the daughter had a “fish-odour”. After several analyses, it turned out the girl had a metabolic disorder and her body was releasing with the urine a huge amount of trimethylamine.

Due to the fact that is relatively rare, and most often not well known, the fish-odor syndrome has been in several patients often overlooked. Interestingly, historical anecdotes and descriptions of individuals with such conditions are presents in several cultures among millennia till our Shakespearean Caliban.

Unfortunately for the patients, the disorder has not a real cure and the unpleasant smell can be only kept under control, in certain degree, with a proper dietary. Limitation in see-food intake and food rich in choline could help.

Bonus

There are, historically, several anecdotes of people with a strong fish-like smell: in the Indian epic Mahabharata (1000BC) a women called Satyavata was forced to a solitary life because she stank like rotting fish. Similar cases are also present in Thai stories, and in Europe we find similar stories in Shakespeare’s play, and in John Arbuthnot treatise on nutrition and foods. On “Nature of aliments” (1735) he explains that certain people, like the inhabitants of see villages, due to the huge daily intake of fish they also start to stink so.

References

Mitchell SC, Smith RL. Trimethylaminuria: the fish malodor syndrome, Drug Metab Dispos. 2001 Apr;29(4 Pt 2):517-21.

Arbuthnot J.  An Essay Concerning the Nature of Aliments, 1753 , (J. Tonson, London), 3rd ed. pp 82–8.

Humbert JA, Hammond KB, Hathaway WE. Trimethylaminuria: the fish-odour syndrome, 1970, Lancet. Oct 10;2(7676):770-1.

Messenger J1, Clark S, Massick S, Bechtel M. A review of trimethylaminuria: fish odor syndrome,J Clin Aesthet Dermatol. 2013 Nov;6(11):45-8.

 

Se il recettore (olfattivo) non sta nel naso -If the receptor is not in the nose

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What is real? How do you define real? If you are talking about what you can feel, what you can smell, what you can taste and see, then real is simply electrical signals interpreted by your brain. This is the world that you know (The Matrix, 1999).

senses

Quand’è che un odore diventa tale? Parafrasando un detto noto, potremmo dire l’odore sta nel naso – e nel cervello – di chi annusa. Senza addentrarci negli aspetti filosofici della questione, possiamo ragionevolmente affermare che la realtà esiste “indipendentemente” dalla nostra percezione, però, diventa per noi “reale” grazie ai nostri sensi, con i quali possiamo percepirla, seppur spesso in modo sfuggevole, soggettivo e ingannevole. E allora, in quest’ottica, quando un odore diventa un odore?

La percezione olfattiva è il risultato di processi fisiologici, cognitivi e psicologici, che si svolgono principalmente nel nostro cervello e ci permettono di definire alcune sensazioni come odorose. Il naso da solo non farebbe molto se non fosse ben cablato e non avesse un sistema efficiente per comunicare al cervello le informazioni ricevute. Per cui, un odore, diventa davvero tale quando, dopo essersi legato a specifici recettori nel nostro naso, viene “rielaborato” nella nostra testa. Sembra banale dirlo ma, se i recettori per le molecole odorose si trovassero su altre cellule, in altre parti del nostro corpo, noi non sentiremmo alcun odore.

La cosa intrigante, ma che può confondere alcuni, è che però alcuni recettori olfattivi si trovano davvero anche in altre parti del corpo. Come mai?

Si chiamano recettori olfattivi ectopici, perché appunto localizzati in parti esterne al naso – a dirla tutta, sono stati trovati “fuori posto” anche alcuni recettori per il gusto – e non si tratta di anomalie e disfunzioni, come pure potrebbe accadere. I ricercatori li hanno trovati in diversi organi e tessuti: lingua, polmoni e altri tratti delle vie respiratorie, su alcune cellule della muscolatura liscia dei bronchi, reni, pancreas, milza, testicoli, spermatozoi, cervello, sangue, pelle.

In alcuni casi, evidenze sperimentali indicano o suggeriscono possibili funzioni, per altri si è appena iniziato a capire e a ipotizzare a cosa possano servire.

È stata abbastanza studiata, per esempio, la funzione del recettore “hOR 17-4”, scovato sugli spermatozoi e studiato da Marc Spehr e colleghi già nel 2003. Questo recettore, espresso anche nel naso, risponde a una molecola chiamata bourgeonal, un’aldeide aromatica il cui odore richiama quello del mughetto, e per questo usata infatti anche in profumeria. Che ci fa questo recettore sugli spermatozoi?

La sua presenza è stata confermata negli ultimi anni anche da altri studi scientifici, che hanno trovato anzi altri recettori in diverse parti dello spermatozoo: testa, “collo” , coda. L’ipotesi principale, anche se non ci sono ancora prove dirette, è che questi recettori svolgano una funzione chemotattica, cioè contribuiscano all’attrazione dello spermatozoo verso molecole chimiche rilasciate dalla cellula uovo, e quindi facilitando la fecondazione. Tuttavia, anche se con test in vitro si è visto che il recttore risponde al bourgeonal, non sono ancora state isolate molecole specifiche dalle cellule uovo che possano agire nello stesso modo su quel recettore.

image description

From Flegel et al., Front. Mol.Biosci., 2015

 

Un altro dato curioso, ottenuto dai ricercatori nel 2010 testando la molecola bourgeonal su 500 soggetti adulti, 250 maschi e 250 femmine, è che in questo studio i maschi sono risultati più sensibili delle donne: percepivano questa molecola a concentrazioni molto piu basse rispetto alle donne (13 parti per bilione negli uomini, 26 ppb nelle donne). Il come e il perché di questo fatto non è ancora del tutto chiaro.

Recettori olfattivi ectopici, dicevamo, sono stati isolati in diversi tessuti e in certi casi si pensa abbiano un ruolo nel riconoscimento di sostanze chimiche importanti per il metabolismo cellulare o la comunicazione tra cellule. Nel caso dei recettori trovati nel pancreas, per esempio, un’ipotesi è che possano contribuire al controllo del rilascio di insulina, ma non è ancora stato accertato.

Di fatto la comunicazione tra cellule e la regolazione delle funzioni fisiologiche di tessuti e organi avviene in buona parte attraverso sofisticati meccanismi che coinvolgono molecole chimiche usate come “messaggeri”. Dal momento che i recettori olfattivi sono fatti per riconoscere molecole chimiche – normalmente gli odori nel naso – è ragionevole pensare che alcuni di essi possano essere espressi anche in altre parti del corpo per riconoscere altre molecole chimiche importanti per le funzioni dei tessuti in cui sono espressi. Questo non deve però trarre in inganno e far pensare che anche quei recettori, espressi in altre parti del corpo, servano in qualche modo a “sentire” gli odori. Per capirci: immaginiamo il recettore olfattivo nel naso come una serratura che può essere aperta (cioè attivato) da una chiave (la molecola odorosa). Questa serratura si trova, diciamo, su una porta d’ingresso e quindi il risultato della sua “attivazione” sarà far entrare e uscire le persone da casa. Ma di serrature ce ne sono tanti tipi, e non solo sulle porte: possono trovarsi anche su finestre, valigette, scatole, armadietti e via dicendo. La funzione specifica della serratura non cambia o cambia poco– c’è un meccanismo che fa “scattare” un’apertura – ma il risultato finale, una porta che si apre e gente che entra, un armadietto in cui vengono riposte delle cose, una valigetta per trasportare degli oggetti, decisamente cambia. Perciò, così come aprendo la serratura di un cassetto non possiamo aspettarci come effetto finale l’ingresso o l’uscita di persone, analogamente, dall’attivazione di un recettore olfattivo, scovato per esempio nelle cellule epiteliali, non potremo aspetterci una sensazione olfattiva.

Come dicevamo all’inizio, un odore diventa un odore nella nostra testa dopo che una cascata di messagi chimici e segnali elettrici porta l’informazione attraverso strutture, specializzate per quello, dal naso al cervello.

E, però, è sempre grazie agli affascinanti meccanismi del nostro cervello-mente che possiamo immaginare, come poetica ispirazione, di poter annusare e sentire gli odori non solo col naso ma con tutto il nostro corpo.

 

If the Olf-receptor is somewhere else

When an odor becomes an odor? When do we smell what we smell? What we know about reality – aside from philosophical issues – comes from our senses; it exists independently from us, but somehow, we can say, it becomes “real” to us thanks our senses.

About smell, we can say an odor becomes an odor in our head, that is when a molecule, after binding the receptors in our nose, sends a message to our brain, which processes it, and the odor becomes a smell perception. Without this pathway we could not smell any odor. If the odorant receptor would be somewhere else, in our body, we could not have any smell perception.

However, we do have some odorant receptors outside our nose, expressed in other organs and tissue. Why?

Scientists have found ectopic odorant receptor – odorant receptors expressed not in the nose – in many tissues: lung, spleen, pancreas, heart, testis, sperm, and skin. However their function is in most of cases still under discussion.

One of the most studied is the receptor “hOR 17-4”. This odorant receptor is present in the nose, and in sperm. Marc Spehr and colleagues discovered already in 2003 that it can be activated by the compound bourgeonal, an aromatic aldehyde which smells like lily of the valley, and therefore used often in perfumery as well. Why on heart sperm should express such receptors? This and other studies suggest these odorant receptors (meanwhile scientists find other odorant receptors on sperm) can help sperm, through a chemotactic mechanism, to find their way to the egg during fecundation. There is still no direct prove of that, and so far no physiological odorants emitted by the egg has been isolated yet, so scientists are still working on it in order to clarify the details of such fascinating mechanism.

In general, an odorant receptor is made to detect chemicals, and since often cell-to-cell communication in our body happens via chemicals, released and detected by cells, it makes sense that, in certain cases, our body evolved systems which use also odorant receptor in other tissues to detect substances. That does not mean we can “sense” and smell with such ectopic receptors of course, but their function aside their “conventional” job in the nose remain an intriguing mechanism and a scientific open field of research.

An odor becomes an odor in our head, and we cannot really “smell” with the full body. But still, we do it, every time we let our inspiration and our minds float aside an odor perception.

Bonus

These receptors seems to be quite conserved among species and scientist found them not only in humans

Un profumo felino

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Ovvero se al micio piace Calvin Klein

 

Leggevo di un’osservazione curiosa, ancora della fine degli anni Novanta, in uno zoo del Texas: il gattopardo americano va di matto per Obsession for men di Calvin Klein. Sì il profumo. Ora ve la racconto.

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Credit: Wikipedia

Il gattopardo americano (Leopardus pardalis), o ocelot, è un felino del Centro e Sud America, ma il suo areale si spinge fino al Texas meridionale. È un bel micione del peso di circa 15-18 chili e di esemplari allo stato selvatico purtroppo non ne rimangono molti; di alcune sottospecie ancora presenti nel Texas meridionale se ne contavano a fine anni Novanta circa 100-150 esemplari. I ricercatori dello zoo di Dallas cercavano perciò una strategia efficace e non invasiva per spingere questi animali in corridoi di territorio protetti tra il Texas e il Messico, dove potessero avere un habitat più favorevole e adatto a riprodursi. Per poter censire e monitorare la popolazione sarebbe stato poi utile avere dei campioni del pelo, in modo da poter estrarre dai bulbi piliferi il DNA e quindi identificare i singoli individui. Come convincere gli animali a spostarsi? Usando piste odorose. Come tutti i felini, anche questo gattopardo segna il territorio con spruzzi di pipì e strofinandosi contro alberi e cespugli. Così facendo sul terreno e sui tronchi rimangono sempre dei peli, i ricercatori li raccolgono e possono così analizzarli. Ora si trattava di scegliere l’odore da usare per attirarli. Dopo diverse prove andate male fatte nello zoo, i ricercatori fecero alcuni tentativi usando dei profumi – quando si dice provarle tutte 😀 – e tra questi Obsession for men diede i risultati migliori. Spargendo su alberi, cespugli e angoli di terreno questo profumo, i ricercatori osservarono che gli animali ne erano attratti e, soprattutto le femmine, ci si fiondavano e iniziavano a strofinarcisi.

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Queste osservazioni sono state negli anni replicate in diversi zoo (zoologi in ascolto se ne sapete o avete precisazioni da fare manifestatevi che di sicuro ne sapete più di me, ne sarò felice), tra i quali quello del Bronx di New York e il Taronga Zoo di Sydney. In uno studio della Wildlife Conservation Society del Bronx Zoo, per esempio, sono stati testati diversi profumi e colonie su felini in cattività, e dalle loro osservazioni pare che Obsession fosse effettivamente il più gettonato. Bisogna ovviamente notare una certa variabilità nel comportamento degli animali, non erano proprio tutti tutti interessati al profumo. La possibilità che l’effetto fosse poi amplificato o comunque infleunzato dallo stato di cattività non è da escludere. Inoltre, potrebbe essere che invece gli animali selvatici, esposti già naturalmente a molti più odori, risultino mediamente più indifferenti al profumo. Anche per questo motivo diversi ricercatori hanno provato a fare dei test simili con gli animali selvatici. I biologi del Natural History Museum di Los Angeles hanno condotto alcune osservazioni sul giaguaro in Nicaragua.

Per l’osservazione e il monitoraggio di animali sfuggenti come i felini un metodo ideale è quello delle fotocamere nascoste. Queste camere hanno dei sensori all’infrarosso, visto che questi animali sono attivi soprattutto di notte, e si attivano quando l’animale è vicinissimo. In questo modo gli studiosi possono riprendere gli animali e successivamente raccogliere i campioni del pelo lasciato dal felino strofinandosi sul posto. Per attirarli alle fotocamere i ricercatori hanno provato diversi odori e, di nuovo, pare che Obsession funzioni molto meglio di altri odori.

Come mai sto profumo? Tra i suoi componenti c’è un composto, usato storicamente in profumeria, che ha appunto una nota “animale”. In profumeria se ne usano diverse, questa in particolare si chiamata civetta, perché ricavata appunto dalla ghiandola anale dello zibetto (civet in inglese). Gli animali usano questi odori per comunicare e, come dicevamo, segnare il territorio. L’uomo ha scoperto che a piccole dosi e ben miscelati ad altri odori, permettono di creare profumi voluttuosi. Oggi questi composti – per ragioni di costi e di preservazione delle specie animali – sono di solito riprodotti in laboratorio (di questo parleremo meglio un’altra volta). Ad ogni modo, è possibile siano queste note animali presenti nel profumo ad attirare i felini.

C’è poi da dire che in alcuni zoo, come parte del programma di arricchimento sensoriale dell’ambiente per gli animali, insomma per stimolarli e tenerli attivi, vengono usati diversi odori e oli essenziali. Al Taronga Zoo di Sydney hanno osservato che tigri e giaguari apprezzano le note speziate, soprattutto cannella e zenzero, ma anche cardamomo, finocchio, chiodi di garofano. E note forti come la menta piperita. Al solito c’è da osservare che ogni animale mostra poi delle preferenze più per una o per l’altra.

A parte report e osservazioni degli zoo non sono riuscita a trovare pubblicazioni scientifiche sulla questione, per cui rimango ancora un po’ scettica e proseguirò le ricerche. Vi tengo aggiornati.

Intanto mi servirebbero un paio di gatti e un goccetto di Calvin Klein…

 

Bonus

Salvador Dalí aveva come animale domestico un ocelot, Babou. Ecco noi però lasciamoli dove sono, miraccomando.

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Credit: Wikipedia

Parliamo insieme di olfatto

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Incontriamoci a Verona per esplorare puzze, odori e aromi

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Un odore può essere verde, caldo, speziato, scintillante, acuto, avvolgente, putrido, fiorito, fruttato, luminoso o tenebroso. Sappiamo sempre riconoscere e dare un nome agli odori che sentiamo? Cosa accade nel nostro naso – e nel nostro cervello – quando annusiamo qualcosa? Ma soprattutto, che cos’è un odore? Il primo weekend di marzo, se ancora non avrete altro in programma, potreste fare un salto a Verona, dove parlerò proprio di questo.

Perugia Officina Scienza Tecnologia (POST), una fondazione di comune e provincia di Perugia per promuovere e divulgare la scienza, ha fatto un progetto di divulgazione scientifica itinerante ispirato ai temporary shop – cioè negozi temporanei aperti in aree dove una specifica marca non ha distribuzione. L’idea dei Temporary Science Center, progetto sostenuto dal MIUR, è quella di creare dei centri della scienza temporanei in aree in cui non ci sono, un’opportunità per avvicinare il pubblico alla scienza con incontri, conferenze, caffè scientifici, percorsi didattici per le scuole e laboratori interattivi per adulti e bambini.

La prima tappa sarà a Verona, da sabato 20 febbraio a sabato 5 marzo, nella sala espositiva Renato Birolli, un ex macello comunale, in pieno centro città. Da lunedì a giovedì lo spazio sarà dedicato alle scuole, con percorsi didattici e laboratori, mentre dal venerdì per tutto il weekend ci sarà l’apertura al pubblico, con ingresso libero.

Sabato 5 marzo, dale 15.30 alle 17.15, come vi dicevo farò un intervento sul senso dell’olfatto, aromi, odori e puzze, seguito alle 17.30 da una degustazione di vini guidata – lì io più che altro assaggerò insieme a voi 😀 – a cura di Stefania Pompele (Terra Uomo Cielo). L’ingresso è libero, ma conviene prenotare:

Attività didattiche e laboratorio “sensorialità e vino” su prenotazione.
Info line: 347/6086340
Prenotazione attività didattiche: 075/5736501

Gli incontri si svolgeranno nell’area espositiva Renato Birolli, via Macello, 17 (Verona).

Cliccate sull’immagine per ingrandire e leggere il programma completo.

La fabbrica di corpi

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Di cadaveri e cose un poco macabre

 

Memento mori di Max Ernst, Et le papillon se mettent a chanter, 1929 Stadel verein. Credit: VG Bild-Kunst Foto: U.Edelmann

Memento mori di Max Ernst, Et le papillon se mettent a chanter, 1929 Stadel verein.
Credit: VG Bild-Kunst Foto: U.Edelmann

Nel 2008 i riti popolari dell’America Latina per celebrare i morti sono stati inseriti dall’Unesco nel patrimonio immateriale dell’umanità. Che odore ha la morte? Probabilmente per ognuno di noi ha un odore diverso…

Siamo in periodo di cose lugubri e feste dei morti che forse un po’ ci consolano e un po’ ci fanno sdrammatizzare uno degli eventi più difficili da elaborare. E quindi sdrammatizziamo.

Una ricerca pubblicata lo scorso settembre sulla rivista scientifica PlosOne, identifica cinque componenti caratteristici dei corpi umani in decomposizione. Lo studio è stato condotto in Belgio nel laboratorio di tossicologia forense dell’università di Leuven guidato dalla chimica Eva Cuypers. La ricerca è iniziata nel 2010 quando il gruppo nazionale per l’identificazione delle vittime di disastri ha chiesto ai ricercatori un aiuto: avevano bisogno di metodi – e odori – più accurati per addestrare i propri cani nella ricerca dei cadaveri. È possibile isolare molecole caratteristiche solo degli odori dei corpi umani e non di altri animali?

Durante la ricerca di corpi gli investigatori sono aiutati da cani addestrati, che con il loro fiuto riescono a trovare i cadaveri. Tuttavia anche per il fine olfatto dei segugi questo può essere un compito difficile. E succede infatti che ogni tanto cani addestrati con molecole sintetiche non siano poi in grado di riconoscere i cadaveri veri. Per addestrarli al meglio sono necessari odori molto simili a quelli che poi dovranno davvero individuare, di solito cadaverina e putrescina, marcatori di decomposizione. Ma queste sono molecole liberate dalla maggiorparte degli animali, mentre più utile sarebbe conoscere odori caratteristici dell’uomo. In questo ambito le ricerche vanno avanti da molti anni vista la sua utilità. Certo, perché a molti potrà sembrare una cosa raccapricciante ma, se in seguito a un omicidio o un disastro naturale ci sono dei corpi che non si trovano, i familiari delle vittime e la polizia hanno tutte le ragioni per volerli ritrovare il prima possibile.

 

117418-md 117428-mdFesta per i morti in America Latina.
via Internazionale

In questo studio i ricercatori hanno analizzato campioni di 26 carcasse di diversi animali e di sei cadaveri umani, tenuti in laboratorio nelle stesse condizioni controllate per poter confrontare le molecole sviluppate nel corso del tempo. I campioni umani (da donazioni anonime) provenivano da autopsie fatte presso l’istituto di medicina forense dell’ospedale universitario di Leuven. Gli scienziati hanno conservato i tessuti in vasi di vetro chiusi con tappi a vite di metallo che permette il ricambio di aria all’interno del contenitore. I tappi avevano dei buchi richiudibili da cui hanno potuto prelevare campioni di aria a intervalli di tempo regolari e analizzarneil disfacimento.

Nel corso dei sei mesi di analisi sono stati isolati 452 composti organici. La maggiorparte di questi, come i composti solforati, sono comuni al processo di decomposione di numerose carcasse. Procedendo con le analisi e confrontando le molecole isolate dai tessuti di diversi animali, i ricercatori ne hanno individuato otto caratteristiche di uomini e maiali. Ecco la lista per i curiosi:

  • 3-methylthio-1-propanol
  • methyl(methylthio)ethyl disulfide
  • diethyl disulfide
  • Pyridine
  • ethyl propionate
  • propyl propionate
  • propyl butyrate
  • ethyl pentanoate

 

Ricordiamo che spesso i maiali anche per questo tipo di ricerche sono un modello di riferimento perché hanno una composizione corporea vicina a quella dell’uomo: simili microbi intestinali, simile percentuale di grasso corporeo e simili pure i peli. I ricercatori hanno poi distinto da quelli dei maiali cinque esteri caratteristici solo dell’uomo:

-3-methylbutyl pentanoate

– 3-methylbutyl 3-methylbutyrate

– 3-methylbutyl 2-methylbutyrate

– butyl pentanoate

– propyl hexanoate

 

Ovviamente questo non risolve tutti i problemi di identificazione visto che il processo di decomposizione – ne avevamo già parlato – è piuttosto complesso e influenzato da numerosi fattori ambientali come temperatura, tipo di suolo, umidità, grado di immersione del corpo nel terreno, tanto per dirne alcuni. Questo studio è però un altro tassello per capire come funzionano i processi di decomposizione e, tra le tante possibili applicazioni, magari potrà aiutare a migliorare le tecniche di addestramento dei cani da ricerca.

 

Bonus

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Ve lo ricordate il bestseller di Patricia Cornwell del 1994 La fabbrica di corpi (The body farm)? Il libro si ispira direttamente a una delle vere ‘body farm”, come vengono spesso chiamate, presenti sul territorio degli Stati Uniti e usate a scopo di ricerca forense e dall’FBI. Quella a cui si è ispirata la Cornwell nello specifico è la facility di ricerca antropologica di Knoxville, università del Tennessee, avviata nel 1971 dal chimico e ricercatore William Bass. Il centro studia il processo di decomposizione dei corpi e basa il proprio lavoro principalmente sui corpi donati da persone e loro familiari che accettano di aderire a questo programma di ricerca. I risultati di questi studi sono come dicevamo importanti per la ricerca forense e la criminologia.

Vedi che succede a crescere con una mamma appassionata di gialli e triller ?:D

Una stretta di mano per annusarsi meglio

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Credit: wikipedia

Credit: wikipedia

 

Nel mondo animale usa darsi una sniffata reciproca per capire come butta. Noi umani però siamo in questo senso un po’ più ritrosi e di solito non ci avviciniamo a una persona appena conosciuta annusandola platealmente; o, se lo facciamo, non lo diamo a vedere – ché ci pigliano subito per matti. Cosa facciamo invece? Ci presentiamo stringendoci la mano, e poi ce la annusiamo.

Il gruppo di ricerca di Noam Sobel, del Weizmann Institute, in Israele, ha recentemente pubblicato sulla rivista scientifica eLife uno studio che suggerisce un comportamento stereotipato anche in noi umani quando conosciamo una persona nuova: ci annusiamo la mano dopo avergliela stretta. Quello di portarsi le mani al viso e tocchicciarsi naso, bocca e zone limitrofe fa parte di un repertorio di gesti che compiamo senza pensarci. Il punto era capire se questi gesti siano in qualche modo associati anche alla percezione di odori e come.

Alcune molecole odorose si trasferiscono di mano in mano

I ricercatori erano interessati a capire se e come gli odori siano coinvolti nel comportamento umano. La stretta di mano è in numerose culture un comportamento standard usato quando ci si presenta, hanno perciò studiato questo comportamento in relazione agli odori in un gruppo di volontari. Per prima cosa i ricercatori si sono chiesti: è possibile trasferire molecole odorose dalla mano di una persona a quella dell’altra durante una stretta di mano? Per verificarlo gli scienziati hanno fatto un primo esperimento: ogni volontario viene accolto e fatto sedere da solo in una stanza in laboratorio, dopo qualche minuto lo sperimentatore entra indossando dei guanti (quelli blu chirurgici) e si presenta stringendo la mano del volontario. I guanti vengono poi analizzati confrontando quelli di controllo, che non hanno stretto nessuna mano, quindi puliti, con quelli che invece hanno stretto la mano del volontario. Analizzando le molecole presenti sui guanti con gascromatografo e spettrometro di massa, i ricercatori hanno identificato tre molecole presenti solo sui guanti della “stretta di mano” per tutti e dieci i volontari di questo test. Le tre molecole identificate erano già note per essere attive come segnali odorosi nel mondo animale: lo squalene, molecola attiva anche nei cani e nei ratti; l’acido esadecanoico (acido palmitico), noto per essere attiva nei mammiferi e negli insetti; il geranil-acetone, presente nelle secrezioni umane e attivo anche negli insetti. Attenzione, questo non significa direttamente che queste tre molecole funzionano nell’uomo come negli altri animali, mica è detto, magari sì ma magari no, va dimostrato. Questo risultato però ha confermato che il trasferimento di molecole odorose dalla mano di una persona a quella di un’altra attraverso la stretta di mano è possibile.

Tutti ci annusiamo le mani

A questo punto gli scienziati si sono chiesti se esista una qualche relazione tra l’azione della stretta di mano e l’annusarsi le mani. Per questo esperimento è stato preso un campione più ampio di persone, 153 volontari di età media intorno ai 34 anni, maschi e femmine.

Anche questa volta i volontari aspettano soli in una stanza di laboratorio dove è stata nascosta una telecamera*. Dopo tre minuti da soli i soggetti ricevono la breve visita di un membro del laboratorio che in 20 secondi li saluta stringendo loro la mano, oppure no, e poi esce di nuovo. I ricercatori hanno osservato grazie ai filmati il comportamento dei volontari prima e dopo la stretta di mano misurando il tempo che ognuno di loro passava toccandosi il naso o l’area della faccia vicina. Hanno quindi confrontato i tempi tra i due gruppi di persone, quelli che avevano ricevuto la stretta di mano dallo sperimentatore e quelli, come controllo, che avevano avuto solo una comunicazione verbale.

Le analisi dei risultati hanno mostrato che il nostro comportamento “normale” già di base è quello di toccarci spesso il viso e il naso. La cosa interessante è che la frequenza di questo comportamento aumenta in modo significativo dopo aver stretto la mano a qualcuno dello stesso sesso. Come ulteriore controllo per verificare un coinvolgimento reale dell’olfatto in questo comportamento ed escludere movimenti casuali delle mani, i ricercatori hanno preso un campione aggiuntivo di persone (33 volontari) e monitorato anche il flusso di aria attraverso le narici – la forza delle sniffate per capirci. Hanno così verificato che il toccarsi il naso era associato effettivamente a sniffate più intense, ossia i volontari si stavano annusando attivamente le mani.

L'immagine fa vedere tre fotogrammi presi da un filmato e mostrano il prima-durante-dopo la stretta di mano. La figura sotto rappresenta a colori la frequenza con cui i volontari si sono toccati la faccia dopo aver incontrato lo sperimentatore con ("with handshake") e senza stretta di mano ('no handshake"). Il colore rosso indica un "toccarsi spesso" e blu "toccarsi meno o per niente". Fonte: Idan Frumin et al. eLife Sciences 2015;4:e05154

L’immagine fa vedere tre fotogrammi presi da uno dei filmati e mostra il prima-durante-dopo la stretta di mano. La figura sotto rappresenta a colori la frequenza con cui i volontari si sono toccati la faccia dopo aver incontrato lo sperimentatore, con (“with handshake”) e senza stretta di mano (‘no handshake”). Il colore rosso indica un “toccarsi spesso” e blu “toccarsi meno o per niente”.
Fonte: Idan Frumin et al. eLife Sciences 2015;4:e05154


Ma perché tra persone dello stesso sesso? Sembra controintuitiva come cosa ma, bisogna ricordare, molti comportamenti sociali, e stereotipati negli altri animali, non riguardano solo le relazioni a fini riproduttivi. Numerosi comportamenti sociali servono a stabilire e/o a conoscere gerarchie e rapporti di dominanza per esempio, e sono comunque influenzate dal contesto. I ricercatori di questo studio infatti si chiedono come le loro osservazioni potrebbero essere influenzate e magari modificate da contesti “più naturali”. Rimane comunque un’osservazione interessante e suggerisce come gli odori anche nell’uomo possano avere un ruolo più imporante di quanto pensato fino ad ora nella comunicazione non verbale.

Certo da qui a poter parlare di feromoni e odori che agiscono a livello “subliminale” anche nell’uomo ce ne passa e su questo punto non ci sono ancora conferme scientifiche. Si tratta di continuare gli studi e, come ha spiegato bene in un recente articolo sui feromoni lo scienziato Tristam Wyatt, ricordarsi di applicare negli studi sull’uomo lo stesso rigore di analisi applicato per gli studi sugli altri animali. Solo così si possono ridurre errori di misurazione e bias psicologici e statistici nell’interpretazione e analisi dei dati.

Ora dai però, via quelle mani dalla faccia 😀

 

*Tutti i volontari hanno firmato un consenso informato prima dello studio e dopo hanno deciso liberamente se acconsentire all’uso dei filmati a scopi scientifici o far distruggere le registrazioni.

 

Bonus

 

Odore di… morte – The smell of death

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Ovvero come avere un costume per Halloween davvero impeccabile

 

Michael Wolgemut, Danza macabra (1493) da Liber chronicarum di Hartmann Schedel.

Michael Wolgemut, Danza macabra (1493) da Liber chronicarum di Hartmann Schedel.

 

Nel caso voleste vestirvi da morti viventi e celebrare degnamente Halloween c’è una cosa da fare assolutamente per essere credibili e davvero spaventosi: datevi una spruzzata di cadaverina e putrescina, l’odore di morto.

Qualunque zombie degno di questo nome infatti dovrebbe avere oltre all’andatura legnosa e la pelle verdognola con qualche vermetto attaccato, anche un bell’odore putrescente. Come si ottiene? In realtà, come spesso succede, quello definito come “odore di morte” è un bouquet di almeno 400 diverse molecole chimiche, ma tra queste alcune sono particolarmente degne di nota: cadaverina, putrescina, scatolo e indolo.

Perché i cadaveri in putrefazione puzzano? Intanto chiariamo una cosa: puzzano secondo noi, ma non tutti i nasi sono uguali. Prendete per esempio gli animali che si cibano di carcasse, o gli insetti che vi depositano le larve. Per molti esseri viventi riconoscere e essere attratti da questi odori pestiferi è vitale, nel vero senso della parola. Anche animali come i ratti e i pesci rossi sono moderatamente attratti da composti come cadaverina e putrescina, mentre altri usano questi odori per delimitare il territorio. Come si sviluppano? Il processo di decomposizione di un corpo attraversa diversi stadi: quando il cuore smette di battere si interrompe la circolazione sanguigna, perciò il sangue non irrora più i tessuti, e le cellule, non ricevendo più ossigeno e nutrimento, muoiono. L’azione di diversi tipi di batteri produce i primi odori. Le loro attività metaboliche producono infatti diversi tipi di gas che causano il classico gofiore del corpo e la sua puzza. Man mano che le molecole organiche del cadavere vengono digerite e altre quindi si formano, cambiano anche i batteri e gli insetti che usano in vario modo queste sostanze. Questa macabra staffetta è utile tra l’altro se si è sulla scena di un crimine: per stabilire l’ora del decesso gli investigatori si rifanno alle perizie dei patologi e degli entomologi che fanno un’analisi gli insetti infestanti.

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Ad ogni modo, le molecole più puzzolenti sono ammine e composti solforati. Putrescina (Butano-1,4,diamina) e cadaverina (Pentano, 1,5, diamina), descritte nel 1885 dal medico Ludwig Brieger, hanno il caratteristico odore di carne putrefatta – sono reponsabili anche della classica fiatella che si ha appena svegli – e sono molecole organiche a catena corta con due gruppi aminici alle estremità. La differenza tra le due sta nell’origine da due diversi aminoacidi: argininia e lisina. Ci sarebbe poi da dire che l’arginina nel diventare putrescina subisce un passaggio intermedio nel quale viene trasformata in ornitina, la quale entra anche nel ciclo dell’urea e come risultato finale del processo contribuisce all’odore caratteristico dell’urina. Il metabolismo delle proteine, essendo fatte di aminoacidi, di solito porta a molecole piuttosto odorose per via del gruppo amminico –NH2 (azoto, idrogeno) – parente dell’ammoniaca (NH4) per capirci – in diverse declinazioni. Ecco anche perché per esempio la pupù degli animali carnivori di solito ha un odore più pungente rispetto a quella degli erbivori.

Lo scatolo (3-metilindolo), dall’ odore più fecale, e l’indolo, più muffoso, danno invece al cadavere delle declinazioni odorose più stantie, ma si tratta di molecole che a basse concentrazioni hanno un sentore floreale. Lo scatolo, oltre a essere attraente per molti insetti lo si trova anche negli olii essenziali dei fiori d’arancio e del gelsomino, infatti insieme all’indolo viene usato anche in profumeria.

 The smell of death

 

How was your Halloween? Have you spotted any credible scary deadly monster around, or have you been yourself one of them? Did it worked out?

Well, one of the most important features of any respectable zombie is an awful, horrid, disgusting smell of putrescent flesh. How to get that?

First, we should notice that what we usually call “smell of death” is actually a mixture of more than 400 different compounds including putrescine, cadaverine, skatole (3-methylindole), and indole, which are released at a certain moment of the decaying process of a carcass or a corpse. Let’s have a look how it works.

When heart stops beating the blood stops flowing to the tissues and cells, without oxygen and nutrients, start to die. Bacteria take advantage from the situation, they start to eat and grow releasing gas as a by-product of digestion. Thus, the corpse body starts inflating and stinking.

As soon as all the organic compounds have been digested, the population of bacteria and insects able to eat the remains changes. This is how, for example, pathologist and forensic science can estimate the time of death during criminal investigations. Forensic entomology studies the succession pattern of insects and arthropods found on the decomposed cadavers. Therefore, depending on which kind of insect they found on the body, they can estimate the stage of decomposition and the time of death.

Among the most stinky molecules responsible for the smell of death we found sulfur and amine derivatives compounds. First discovered by the physician Ludwig Brieger in 1885, putrescine (1,4-diaminobutane) and cadaverine (1,5-pentanediamine) are both produced by the breakdown of amino acids arginine and lysine respectively, and they are the major responsible for the foul smell of putrefying flesh. By the way, they are also responsible, with other molecules, of bad breath, vaginosis odor and some of other body scents.

Usually protein metabolism produces smelly molecules because proteins are made out of amino acids, and the products of their metabolism usually are NH2 – compounds, similar to “ammonia” (NH4) derivatives to say it sample. This is why, for example, the poop of carnivores is smellier than that from vegetarian animals.

Skatole and indole are quite smelly as well. The fascinating thing about them is that they are also present in some essential oils from flowers like jasmine. Many insects are very attracted from them, which is the reason why many flowers evolved a way to produce such compounds. They have an odor which in small concentration can result flowery and pleasant, and they are used along with other compounds in perfumery as well.

Ready for being the scariest zombie ever?

Bonus
Come si fa la cadaverina?
How to make cadaverine.
 

 

In memory of Victoria Henshaw, the Smellwalker

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Exploring the city-space through its smell, disclosing the stickiest corner and the most aromatic panoramas: this was Victorias’job. A PhD at the University of Sheffield started as a study of sustainable design for 24h-cities and ended up with a wonderful thesis on ‘The role of the sense of smell in urban design’. Then came a book, Urban Smellscapes: understanding and designing city smell environments. And a blog, Smell and the city, a great source of ideas and inspiration, moreover a place to share research and perspectives.

The sensory analysis, and the smell analysis of urban space can help people designing cities more consciously with care for what makes the space enjoyable and pleasant. This idea became the driving force for the olfactive explorations Victoria made with the famous smellwalking around the world.  She engaged this way children and adults in fresh and innovative city-tour. She promoted a culture for olfaction, the sense of smell, which no one cares until it is lost.

It was my pleasure crossing my way with Victoria, even for such a short time, she gave me engaging ideas and great inspiration I will never forget. Thank you.

 

Dr Victoria Henshaw at The University of Sheffield. Smell and the city

Dr Victoria Henshaw at The University of Sheffield. Smell and the city

Con quell’odore un po’ così

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Feromoni, un mondo animale…

30-David-Lazar-Lion-Teeth© 2014 David Lazar

Immaginate un bel maschio in cerca di consorte, a un certo punto finalmente trova una femmina compiacente e fa ciò che tutti gli animali fanno dalla notte dei tempi. Ora pensate invece alla femmina: è l’inizio della gravidanza ma succede che il partner si è allontanato, nei paraggi capita un altro maschio che subito mostra interesse e però si sa come vanno queste cose se poi lui rimane e si trova i figli di un altro… Che fare? Taaack! Aborto spontaneo (sai mai che quello poi se li mangi i pargoli).

Sconcertati? Di fatto questo è un piccolo estratto della vita sessuale di un topo e un esempio di come agiscono i feromoni.

In numerose specie animali buona parte della vita sociale e riproduttiva avviene seguendo comportamenti stereotipati regolati da molecole che veicolano informazioni sullo status dell’animale o dell’ambiente circostante: presenza di un predatore-allarme; presenza di un partner disponibile-accoppiamento; cure parentali; ecc. Il termine feromone deriva dal greco pherein (trasferire, portare) e hormon (eccitare, stimolare) e fu coniato nel 1959 dai ricercatori P. Karlson e M.Luscher:

Pheromones are defined as substances which are secreted to the outside by an individual and received by a second individual of the same species, in which they release a specific reaction, for example, a definite behavior or a developmental process (P.Karlson & M.Luscher, Nature, 1959).

All’epoca Adolf Butenandt aveva appena isolato il primo feromone: il bombicolo, feromone sessuale del baco da seta Bombyx mori, da cui appunto il nome (per stare in tema gli studi invece sugli ormoni sessuali avevano già valso a Butenandt il Nobel per la chimica nel 1939). La scoperta provocò molto fermento perché era la prima prova diretta di una forma di comunicazione chimica fra gli animali. L’idea che esistesse c’era già, ma passare dalle ipotesi e alcune evidenze etologiche alle prove stringenti è un’altra cosa: si apriva così tutto un nuovo ambito di ricerca.

1000px-Bombykol.svg  Molecola di bombicolo

PairedmothsCoppia di falene (Credit: wikipedia)

I feromoni fanno parte della famiglia dei semiocomposti (semiochemicals), composti chimici che mediano la comunicazione animale a diversi livelli e anche tra specie diverse. La caratteristica specifica dei feromoni è di essere molecole, anche inodori, rilasciate da un individuo e in grado di indurre in altri individui della stessa specie una risposta comportamentale innata, che cioè non deve essere appresa: reazioni di attacco o di fuga, di accoppiamento, di cure parentali fanno parte di un repertorio comportamentale che l’animale già possiede alla nascita e che viene “scatenato” da un messaggio chimico (il feromone appunto).

Come sono classificati i feromoni?

Classicamente i feromoni sono distinti in base alla loro funzione e all’effetto che provocano sull’animale “ricevente”:

– Releaser sono le sostanze che scatenano una risposta comportamentale immediata. Per esempio l’istinto di suzione nei piccoli conigli è scatenato dal 2-metilbut-2-enale presente nel latte di mamma coniglia.

– Primer sono invece molecole che agiscono sullo stato ormonale dell’animale ricevente o influenzano il suo sviluppo. Nell’urina dei topi maschio per esempio sono presenti diverse sostanze derivate dal testosterone che possono influenzare i livelli ormonali delle femmine: il α-farnesene, per citarne uno, agisce accelerando la pubertà delle femmine (Vanderbergh-effect, Vanderbergh 1969; Drickamer 1987; Mucinatt-Ceretta 1995).

A queste due categorie ne sono state aggiunte altre che includono sostanze in realtà attive anche in modo interspecifico, cioè tra specie diverse, e che hanno principalmente un ruolo di riconoscimento con innesco di reazioni di fuga o attacco: queste sostanze vengono infatti chiamate  “di allarme e rintracciamento”. Un classico esempio è la feniletilamina presente nella pipì di puma e altri felini: provoca un’immediata risposta di panico nel topo.

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Come dicevo un feromone è una molecola che induce una risposta stereotipata e innata nell’animale ricevente. Di fatto però la comunicazione tra gli animali è un po’ più complicata e di solito a determinare la specificità di un’azione è il contesto e il mix di sostanze che viene rilasciato. Questo bouquet di molecole caratterizza il singolo individuo e permette per esempio a ogni membro della specie di riconoscere i membri del proprio clan distinguendoli dagli estranei e agire di conseguenza. Poi, sostanze specifiche (che possiamo definire feromoni in senso stretto) agiscono in modo più mirato.
Le molecole del complesso di immunoistocompatibilità (MHC) contribuiscono a determinare l’impronta individuale facendo sì che ognuno (anche noi) abbia un proprio odore caratteristico e riconoscibile. In base a questo per esempio le femmine possono distinguere il proprio compagno dagli estranei (evitandosi aborti spontanei), e i propri cuccioli, viceversa, i piccoli imparano a riconoscere l’odore della madre e del nido. L’odore caratteristico è principalmente appreso, mentre la risposta metabolica e ormonale è innata.

Digressione sulla pipì di topo

L’urina in molte specie animali è uno dei mezzi prediletti per comunicare. In effetti se ci pensate è un sistema piuttosto pratico: la pipì tanto bisogna farla comunque e per giunta è facile da spargere in giro e vi si possono diluire diversi tipi di sostanze, quindi perché non ottimizzare: le molecole più volatili e odorose, per una comunicazione a distanza che segna subito la presenza dell’individuo; molecole meno volatili e che richiedono un contatto diretto per chi vuole diciamo  approfondire la conoscenza…
Nell’urina sono presenti un complesso di proteine, chiamate major protein urins (MUPs), con diverse funzioni sociali. Queste sostanze rappresentano circa il 99% del contenuto proteico della pipì del topo e nei maschi sono presenti in concentrazione cinque volte maggiore che nelle femmine; difatti delimitano il territorio e rendono le femmine più disponibili. Queste proteine hanno numerose varianti individuali e contribuiscono a creare l’”impronta personale”, inoltre, molte di esse essendo derivate dal testosterone sono presenti solo nella pipì dei maschi.

I principali effetti dei feromoni urinari descritti nel topo (ma presenti anche in altri mammiferi) sono:

      Effetto Vanderbergh: già accennato, l’urina dei topi maschi accelera la comparsa della pubertà nelle femmine. Molecole responsabili:

  • 2-Sec-butyl-4,5-dihydrothiazole (BT)
  • 2,3-Dehydro-exobrevicomin(DB)
  • α- and β-Farnesene
  • Major urinary proteins (MUPs)

       Effetto Whitten: le femmine in cui c’è stata soppressione del ciclo estrale quando sono esposte all’urina del topo maschio riprendono la ciclicità sincronizzando i calori. Molecole responsabili:

  • 2-Sec-butyl-4,5-dihydrothiazole (BT)
  • 2,3-Dehydro-exobrevicomin(DB)

      Effetto Lee-Boot: La coabitazione di sole femmine adulte provoca la soppressione del ciclo estrale. Molecole responsabili:

  • 2,5-Dimethyl pyrazine
  • α- and β-Farnesene
  • n-pentyl acetate

         Effetto Bruce: Se una femmina appena fecondata viene esposta all’urina di un maschio estraneo nelle prime ore dopo l’accoppiamento, l’impianto in utero non avviene (ricordate?). Molecole responsabili:

  • Peptidi della Classe I del MHC (complesso di immuno-istocompatibilità): SYFPEITHE e AAPDNRETF (ehm no queste non sono parolacce in cirillico, ma la loro sigla 😀 )

 

L’organo vomeronasale

Il sistema olfattivo della maggior parte degli animali presenta strutture distinte specializzate alla ricezione di odori e feromoni. L’epitelio olfattivo nel naso e il bulbo olfattivo nel cervello servono alla ricezione e elaborazione degli odori. La percezione dei feromoni avviene invece grazie ad alcuni organi olfattivi accessori:

– Ganglio di grueneberg (GG)

– Septal organ of Masera (SOM; abbiate pazienza ma la traduzione italiana “organo settale” non si può sentire)

– Organo vomeronasale o di Jacobson (VNO)

Zufall2006nature05404-f1.2Schema degli organi olfattivi nei roditori (Brennan&Zufall, Nature, 2006)

Il principale di questi ultimi e il meglio studiato è l’organo vomeronasale, una struttura tubulare situata alla base della cavità nasale alla quale è collegata da un dotto. L’organo presenta una struttura muscolare che agisce come una pompa aspirando le sostanze dalla cavità nasale e portandole così in contatto con la sua parte sensoriale. Qui i neuroni vomeronasali vengono attivati dai feromoni in modo analogo a quanto fanno gli odori con i neuroni olfattivi nel naso. Dall’organo vomeronasale le terminazioni nervose vanno in una zona specializzata del bulbo olfattivo chiamata bulbo olfattivo accessorio (AOB).
L’organo vomeronasale, chiamato anche di Jacobson dal nome del suo scopritore (1813), si pensava inizialmente fosse l’unica struttura dedicata alla ricezione dei feromoni. In realtà si è scoperto che diverse molecole odorose possono essere riconosciute anche dai neuroni vomeronasali, mentre alcuni neuroni olfattivi esprimono recettori che sono in grado di riconoscere anche molecole che agiscono come feromoni questa loro funzione non è però del tutto chiara. Evolutivamente si pensa che l’organo vomeronasale si sia sviluppato successivamente, durante il passaggio alla vita terrestre, e quindi abbia raggiunto la sua specializzazione come adattamento successivo.

E l’uomo?

Nell’uomo l’organo vomeronasale è vestigiale, ossia se ne trova un residuo evolutivo durante le prime fasi dello sviluppo embrionale,  poi basta. Ad oggi non ci sono evidenze anatomiche e funzionali della sua presenza e geni cruciali per la codifica dei feromoni (quelli che codificano per i canali TRPC2) nell’uomo sono pseudogeni, ossia non funzionano. Si pensa che la funzionalità dell’organo si sia persa circa 23 milioni di anni fa, quando gli ominidi si separarono dai cercopitechi (Old world monkeys).

Cercopithecus_ascaniusCercopiteco nasobianco (Cercopithecus ascanius)

Certo resta la possibilità che nell’uomo siano alcuni recettori nel naso a recepire anche i feromoni, e si è molto dibattuto del fatto che questi possano influenzare a qualche livello alcune interazioni umane. Al momento però non ci sono prove scientifiche sufficientemente solide e chiare da poter affermare che nell’uomo ci sia una qualche comunicazione “subliminale” mediata dai feromoni. Anche perché vi sarete fatti un po’ un’idea di come agiscono… Nell’uomo il sistema sociale e relazionale è molto più complesso e le componenti culturali e di apprendimento hanno sicuramente un ruolo più importante che negli altri animali.
Attualmente il candidato principale a “feromone” umano è l’androstadienone presente nel sudore ascellare degli uomini. È stata osservata anche una correlazione tra estratti di sudore ascellare maschile e alcune fluttuazioni dei livelli ormonali nelle donne (aumento del rilascio dell’ormone luteinizzante), ma appunto una correlazione non va confusa con un rapporto di causa-effetto. Esiste inoltre una serie di esperimenti (e diverse serie di magliette sudate) che indica come le preferenze “a naso” siano influenzate anche dal fattore di immunoistocompatibilità (MHC). Cioè annusando l’odore di due persone tenderò a preferire quello di chi ha un MHC più diverso rispetto al mio.

Insomma di studi in corso ce ne sono molti per cercare di chiarire la faccenda (e meriterà una trattazione a parte) e certo nel frattempo può avere un suo fascino crogiolarsi nell’idea che uno speed-date fatto annusando magliette usate (sì lo fanno davvero) possa far incontrare la persona “dall’odore giusto”, ma poi questa persona siccome non è un topo inizierà a parlare e… (in bocca al lupo).

Odore di guai – Smell of trouble

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Su come i recettori TAARs aiutano i topi a riconoscere la pipì di puma e a darsela a gambe.

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L’olfatto è alla base della comunicazione di molti animali. I messaggi odorosi servono, tra le altre cose, a orientarsi nello spazio, trasmettere la propria disponibilità a potenziali partner, trovare cibo, delimitare il territorio e captare pericoli e la presenza di possibili predatori. Una giungla di molecole odorose che stimolano, nel topo, un corredo di circa 1100 recettori olfattivi (nell’uomo sono circa 350, ma fanno comunque la loro parte).

Attenzione, di solito non c’e una corrispondenza diretta tra un singolo odore e uno specifico recettore, la faccenda è più complicata. Funziona un po’ come un codice combinatorio: ogni recettore può riconoscere più molecole ma con diversa affinità, cioè si “lega” ad alcune meglio che ad altre; inoltre, ogni molecola può legarsi, con lo stesso principio, a più recettori. Perciò ogni odore attiverà una specifica, o più o meno specifica, combinazione di recettori olfattivi, dai quali partirà la sensazione dell’odore. Poi, siccome non è mai tutto lineare, ci sono anche alcuni recettori molto specifici che invece “riconoscono” solo specifiche molecole, mentre altri possiamo definirli più generici.  Nota importante: il fatto che si conoscano alcuni recettori olfattivi e i geni che li codificano non significa necessariamente che si conoscano anche le molecole in grado di legarsi a essi. Anzi per moltissimi recettori non si sa ancora a quali molecole si leghi, e si chiamano per questo “recettori orfani”.

Infatti, una parte delle ricerche in corso cerca di scoprire quali molecole attivano specifici recettori, cioè mira a “de-orfanizzare” quei recettori. Un po’ come trovarsi con un mazzo infinito di chiavi di fronte una serie di porte ma non sapere cosa apre cosa – divertimento.

Questo lavoro di ricerca dà però anche delle soddisfazioni, come nel caso dei recettori TAARs.

I TAARs (Trace Amine-Associated Receptors) sono una classe di recettori olfattivi identificata nel 2006. E quest’anno, la rivista scientifica Nature ha pubblicato uno studio, presentato anche al recente meeting dell’ECRO (European Chemoreception Research Organization),  che mostra il coinvolgimento di questi recettori nel riconoscimento di sostanze odorose di pericolo. Nello specifico, gli esperimenti di questa ricerca hanno dimostrato che, nei topi, i recettori TAARs sono responsabili della ricezione di amine volatili. Queste molecole sono presenti nell’urina di deversi predatori felini e inducono nei roditori reazioni di fuga ed evitamento. I topi normali, con questo recettore, di fronte per esempio a pipì di lince o di puma (usate in questi esperimenti) girano al largo o assumono il tipico comportamento “di paura”, cioè rimangono immobili – terrorizzati diremmo per usare un analogia al comportamento umano (freezing); se invece i topi sono modificati geneticamente e privati di questi recettori, rimangono indifferenti a quell’odore.

Pur essendo solo una manciata (15 nel topo, di cui 14 quelli olfattivi; 17 nel ratto; 6 nell’uomo) rispetto all’elevato numero degli altri geni per i recettori olfattivi  i TAARs assolvono funzioni decisamente importanti per la sopravvivenza delle specie, e questo suggerisce perché nei vertebrati sono evolutivamente così ben conservati. I primi studi avevano mostrato che alcune amine sono capaci di attivare questi recettori: TAAR1, per esempio, viene attivato dalla 2-feniletilamina (PEA) ed è l’unico che non è espresso nell’epitelio olfattivo ma nel cervello dove ha probabilmente un ruolo nel rilascio del neurotrasmettitore dopamina. Procedendo con le ricerche gli scienziati hanno poi trovato che l’isoamilamina attiva il recettore TAAR3, la trimetilamina TAAR5 e, di nuovo, la fenieltilamina attiva anche i TAAR4. La domanda a questo punto era: a cosa servono questi recettori? Che tipo di odori riconoscono?

Negli esperimenti pubblicati quest’anno il gruppo di Tom Bozza ha dimostrato che i glomeruli corrispondenti ai recettori TAAR4 non solo rispondono a feniletilamina e isofeniletilamina, ma anche alla pipì di puma, e che senza questi recettori non ne sono capaci. Dal momento che la feniletilamina è uno dei principali componenti dell’urina del felino, lo step successivo è stato fare dei test comportamentali per vedere come due gruppi di topi, uno normale e l’altro senza il recettore TAAR4,  reagivano a diverse pipì e a altri odori di controllo. I risultati come dicevo suggeriscono che i recettori TAARs sono importanti per riconoscere la presenza di predatori, idea supportata anche dal fatto che si attivano a concentrazioni dell’odore molto basse, ovviamente per dare l’allarme devono essere efficienti. È inoltre interessante che svolgano in modo così selettivo una funzione di rintracciamento “a distanza”, quando spesso la percezione di segnali di questo tipo, veicolati da odori e feromoni, ha bisogno di un contatto diretto (avete presente il muso del vostro cane dietro alle chiappe di un altro?), ma questa è un’altra storia…

Per approfondire:

Dewan, A., Pacifico, R, Zhan, R., Rinberg, D. and Bozza, T. (2013) Nonredundant coding of aversive odours in the mouse olfactory system. Nature. 497, 486–489.

Pacifico, R., Dewan, A., Cawley, D., Guo, C., and Bozza, T. (2012). An Olfactory Subsystem that Mediates High-Sensitivity Detection of Volatile Amines. Cell Reports 2(1) 76-88 http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2012.06.006.

S. D. Liberles, L. B. Buck (2006). A second class of chemosensory receptors in the olfactory epithelium. Nature 442, 645-650 .

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