L’olfatto spiegato facile – Olfaction for beginners

Sui recettori olfattivi e come gli odori arrivano al cervello

La via che collega un odore ai nostri centri di elaborazione, cioè la corteccia cerebrale, è piuttosto diretta, dal respiro alle emozioni. Possiamo pensare al nostro naso come a un portale un po’ magico, come lo specchio di Alice ci porta in un’altra dimensione, quella degli odori. Il naso è una finestra sul mondo, poiché ci mette direttamente a contatto con l’ambiente esterno. Un contatto piuttosto intimo, perché gli odori si legano direttamente ai nostri neuroni olfattivi. Vediamo come.

Le tappe anatomiche di un segnale odoroso schematizzando barbaramente sono: naso – cervello. Più precisamente, abbiamo tre stazioni principali:

  • Prima stazione: epitelio olfattivo, nel naso
  • Seconda stazione: bulbo olfattivo, nel cervello
  • Terza stazione: corteccia olfattiva (cognizione), ippocampo (memoria), amigdala (emozioni), nel cervello
Sobel, 2010

1. Epitelio olfattivo. 2. Bulbo olfattivo. 3. Corteccia olfattiva. 4. talamo. 5. Corteccia orbitofrontale. Credits: Sela and Sobel, 2010.

L’olfatto, come sappiamo, è un senso chimico, cioè lo stimolo odoroso è fatto di molecole chimiche che, attraverso l’aria che respiriamo, raggiungono i recettori olfattivi. Su cosa siano questi recettori c’è ogni tanto un po’ di confusione perché si parla spesso, anche tra scienziati di questo campo, di “recettori olfattivi” per riferirsi sia ai recettori veri e propri sia ai neuroni olfattivi, ma non sono esattamente la stessa cosa. Però, se uno non lo sa, la cosa può in effetti confondere.

I recettori olfattivi propriamente detti sono proteine specializzate presenti sulle cellule dell’olfatto, che sono chiamate neuroni olfattivi (sì sono neuroni!). Tuttavia, siccome di fatto il neurone olfattivo trasmette l’informazione odorosa al cervello ed è il primo a ricevere lo stimolo, molti lo chiamano impropriamente “recettore” in senso lato.

I neuroni olfattivi formano, insieme ad altri tipi di cellule di supporto e ghiandole, buona parte dell’epitelio olfattivo, posizionato sul fondo delle fosse nasali. Potete immaginarlo collocato più o meno alla radice del naso, all’altezza degli occhi.

nose

I neuroni olfattivi hanno un corpo principale, più o meno a forma di pera, dalla cui testa si allunga un bottoncino da cui sporgono alcune ciglia. Queste sono esposte all’esterno e sono coperte da uno strato di muco in cui le molecole odorose devono disperdersi per raggiungere i recettori. Dall’altro lato della pera si allunga invece un prolungamento chiamato assone che, come un cavo, si dipana fino al cervello e finisce nel bulbo olfattivo. L’insieme di questi cavi, provenienti dai diversi neuroni olfattivi formano il nervo olfattivo, che è il I nervo cranico e porta l’informazione dal naso al cervello.

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Sezione di epitelio olfattivo.

OLFACTORY CILIA

Ciglia di neuroni olfattivi viste dall’alto.

Recettori come lego

Quando un odore si insinua nelle nostre narici, le molecole che lo formano si legano quindi a specifici recettori presenti sulle ciglia dei neuroni olfattivi (come avvenga esattamente questa interazione a livello molecolare non è ancora del tutto chiaro).

Gli esseri umani hanno circa 10 milioni di neuroni olfattivi (si trovano in letteratura stime che vanno dai 6 ai 12 milioni per la verità) e ognuno di loro possiede un solo tipo di recettore. La parte di genoma dedicata ai recettori olfattivi è enorme: nell’uomo ci sono circa 400 geni che codificano per questi recettori (nel topo sono circa 1200). Cioè quei 10 milioni di neuroni sono divisi in circa 400 tipi diversi a seconda del recettore che esprimono (senza parlare delle ulteriori varianti alleliche). Alcuni di questi recettori sono molto specifici e riconoscono solo poche molecole, altri invece sono a spettro un po’ più ampio.

Al momento il meccanismo più supportato da prove scientifiche per l’interazione tra molecola di odore e recettore è quella “chiave-serratura” e funziona cioè un po’ a incastro come i mattoncini lego. Questa interazione e riconoscimento avviene secondo un codice combinatorio: ogni neurone olfattivo esprime un solo tipo di recettore che può però riconoscere una o più molecole con diversa affinità. Cioè alcune chiavi sono molto specifiche, mentre altre sono un po’ più simili a dei passepartout. Ogni odore è composto quasi sempre da molte molecole diverse, e ognuna di esse si legherà a diversi recettori; dalla combinazione finale, un po’ come un codice a barre, si avrà l’identità dell’odore; chi fa la decodifica del codice a barre è il cervello.

Il bulbo olfattivo è come un centralino

Quando il recettore si lega alla molecola odorosa il neurone manda attraverso il proprio assone-cavo un segnale al bulbo olfattivo, prima stazione di decodifica, che potremmo immaginare un po’ come l’insieme tra un centralino e un ripetitore: riceve e smista i segnali provenienti dell’epitelio olfattivo e, dopo una prima rielaborazione, li rimanda ai piani alti del cervello, la corteccia olfattiva.

Il bulbo è organizzato in unità funzionali chiamate glomeruli, dove il primo passaggio di informazione dal naso al cervello avviene attraverso le sinapsi tra le terminazioni dei neuroni olfattivi e quelle di altri neuroni (cellule mitrali – Mitral and Tufted cells più precisamente) che a loro volta trasmettono il segnale alla corteccia. Ogni glomerulo riceve i segnali provenienti dai neuroni olfattivi con lo stesso tipo di recettore. Per esempio, tutti i neuroni che esprimono il recettore M71 mandano le loro terminazioni nervose alle stesse due coppie di glomeruli (ci sono mediamente due glomeruli per bulbo, destro e sinistro, per recettore).

Su come gli odori sono mappati nel bulbo olfattivo

Si è cercato per molto tempo di capire se dalla disposizione spaziale dei glomeruli nel bulbo olfattivo fosse possibile ottenere una “mappa” degli odori: se ogni glomerulo corrisponde a un recettore specifico che si lega a specifiche molecole, significa che nel bulbo si potrebbe (ipotesi) trovare una “mappa chimica” (chemotopica) degli odori in modo analogo a ciò che avviene per gli altri sensi. Ci aspetteremmo cioè di trovare aree specializzate al riconoscimento di ciascuna classe chimica o quasi, per esempio una zona per le aldeidi, una per i chetoni e via dicendo. Le cose però stanno in modo un po’ diverso.

Più che una mappa precisa quella che si ottiene dall’analisi delle risposte dei glomeruli a diverse sostanze odorose è un’organizzazione in macroaree che riflette la classe di recettori olfattivi dai quali ricevono i segnali. I recettori olfattivi sono divisi in due classi: I e II, localizzate in diverse aree dell’epitelio solo parzialmente sovrapposte. I neuroni con questi due tipi di recettori mandano le proprie terminazioni nervose a parti del bulbo chiamate rispettivamente dominio I, più ristretto, e dominio II, più esteso. C’è poi una terza area, quella dei recettori TAAR (Trace Amine-Associated Receptors), identificati nel 2006. Secondo il modello attualmente più accettato dai ricercatori quindi, nel bulbo olfattivo ci sono tre macroregioni, o domini, che ricevono le informazioni olfattive da tre diverse classi di recettori: I, II e TAAR, tuttavia in questo caso non è possibile parlare di una vera e propria mappa sensoriale.

Olfaction EMBO reports VOL 8 NO 7 2007

Credits: EMBO reports VOL 8 NO 7 2007.

Dal bulbo, dicevamo, l’informazione su cosa si è legato ai recettori olfattivi viene mandata alle regioni superiori del cervello, dove si trasformano nella percezione di un odore. La cosa più affascinante di tutto ciò è, infatti, che un odore, come ho già detto altre volte, diventa tale nel nostro cervello. Una molecola di per sé è solo una malecola ma diventa odore dopo che l’abbiamo annusata, anzi ognuno di noi ne avrà una percezione un pochino diversa, ma questa è un’altra storia…

Olfaction for beginners

From the receptors to the odor

Our nose is a special window, like the Alice’s looking glass, it is an intriguing passage, it connects directly our brain to the external world, it is our gate to the world of smell.

What happens to an airborne molecule entering our nose? When does it become an odor? The gross anatomy of these passages would be: nose – brain. Simple and fast. More precisely we have three main stages:

  1. Olfactory epithelium, in the nose
  2. Olfactory bulb, in the brain
  3. Olfactory cortex (cognition), hippocampus (memory), amygdala (emotions); in the brain

Olfaction is a chemical sense: an odor is made out of several chemicals entering our nose with the air we breathe. At the end of our nasal cavity we find the olfactory epithelium, where olfactory receptors are sitting. There is actually some confusion sometimes about the term “olfactory receptor” due to the fact that people often call with this term both, the actual olfactory receptors and the olfactory sensory neurons where the olfactory receptors are sitting, but as we can see they are not the same thing. The olfactory receptors are specialized proteins present on the olfactory cells, which are by the way real neurons! These pear-shaped neuronal cells have a knob terminal from which depart several cilia. The cilia are exposed to the external environment and imbedded in a layer of mucus. From the other site of the olfactory cell departs another extension, a wire that goes to the olfactory bulb, and forms with many others the first cranial nerve called olfactory nerve.

Humans have around 10 million olfactory neurons (estimations in literature count 6-12 million) expressing almost 400 different types of receptors. Each neuron has only one type of those receptors meaning the 10 million of olfactory neurons are divided in roughly 400 types (without taking into account different alleles).

But how is it possible that with 400 receptors we can smell more than 10.000 different odors? It turns out we are with a bunch of Lego-bricks in our hands: we can combine them in different ways. The interaction between a molecule and a receptor works like a lock-and-key model but with differences among the receptors. Some are very specific and can recognize one or few molecules/key only, others are broadly tuned and can bind different chemicals. Since an odor is usually made out of several different chemicals, each molecule will activate different receptors, and as in a barcode the final combination of them will give us the final odor identity. The decoding of the barcode happens in the brain.

As we have seen the odor information goes from the olfactory neurons in the nose to the olfactory bulb where the information coming from the same type of receptors converge on the same unit called glomeruli. The olfactory bulb works as a sort of relay and an analyzer: it takes the information from the nose, it makes a first rough decoding and it send it up to the higher brain centers. Here the magic happens and molecules become odor, which is indeed very personal yet specific among people. How this happens is another story…

Bonus

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Il fiuto dei dinosauri

Di bestie col naso enorme e poco fiuto e un T.rex che non vi immaginate

 

Rhinorex, così l’hanno chiamato, e se gli date un’occhiata capite subito perché. Lungo su per giù 9 metri, peso di circa 3.800 Kg, vegetariano. Segni particolari: un naso che fa provincia, nel vero senso della parola.

 

© Julius Csotonyi.

© Julius Csotonyi

Rhinorex condrupus fu rinvenuto nella formazione geologica di Neslen (Utah, Stati Uniti) negli anni Novanta dai paleontologi Rodney Sheetz e Terry Gates, della North Caroline State University e della Brigham University. Ci sono voluti due anni solo per estrarre il cranio dai sedimenti, ma alla fine una soddisfazione, anche perché era quasi intero e ha permesso ai ricercatori di fare una ricostruzione accurata dell’animale, un nuovo adrosauro, come hanno riportato sulla rivista scientifica Journal of Systematic Palaeontology lo scorso settembre.

Risale a circa 75 milioni di anni fa, epoca dell’alto Cretaceo, ed è stato ritrovato in una regione al tempo palustre, a 80 km dalla costa e circa 250 Km più a nord della formazione di Kaiparowitz, grosso sito di ritrovamento di altri adrosauri. Questi dinosauri sono caratterizzati da un muso a becco d’anatra, appartengono infatti alla famiglia dei dinosauri ornitisti. Molte specie inoltre avevano sulla testa creste di diversa forma: a ascia, a ventaglio, a elmetto.

Hadrosauroids

Griposaurus monumentensis aveva poi un interessante rigonfiamento sul naso e gli scienziati pensano ci possa essere qualche vicinanza con Rhinorex ma la questione è ancora molto dibattuta. A distinguere Rhinorex dagli altri adrosauri ci sono due tratti caratteristici: una proiezione a uncino dei processi nasali (un po’ semplificato, ma per capirci) e della premascella (la parte superiore del muso diciamo) e altre differenziazioni delle ossa nasali e facciali (le postorbitali, le squamosali). Il risultato insomma è invece di una cresta appariscente o di un muso a becco, un naso enooooorme. E il fiuto? In realtà nonostante tutto questo armamentario l’olfatto di Rinorex non doveva essere granché e i ricercatori hanno fatto diverse ipotesi su cosa ci facesse con un naso così: poteva forse servire come richiamo sessuale, o per il riconoscimento dei membri della propria specie o per smaciullare le piante di cui si cibavano.

D’altra parte altri dinosauri con molta probabilità avevano un olfatto molto sviluppato, Tyrannosaurus rex e Velociraptor per esempio. La paleontologa Darla Zelenitsky della Univeristy of Calgary (Alberta, Canada) ha pubblicato, con i colleghi Francois Therrien e Youshitsugu Kobayashi, già nel 2008 un primo studio. I ricercatori hanno fatto un’analisi comparativa delle dimensioni e della forma del bulbo olfattivo in 21 diverse specie di teropodi (dinosauri bipedi come il T. rex). Prendendo come riferifermento il rapporto tra le dimensioni del bulbo olfattivo e il resto del cervello hanno trovato che in alcune specie il bulbo olfattivo era molto sviluppato, indizio di un olfatto fino. Dati simili sono stati trovati anche per Archeopterix, il primo volatile, e questo suggerisce che gli uccelli, ritenuti in genere dall’olfatto poco sviluppato, devono aver perso molto del loro fiuto più tardi nell’evoluzione, come i ricercatori hanno riportato in uno studio del 2011.

 

Bonus

Se avete ancora in mente l’immagine del dinosauro “alla Jurassik Park” è il caso che la rivediate: ci sono già da un po’ numerose indicazioni scientifiche che con molta probabilità Tyrannosaurus rex e Velociraptor fossero dotati di piume. Il nuovo Jurassik World sarà presto in uscita – e andrò a vederlo- e anche se loro non si sono aggiornati noi almeno sapremo immaginarci un dinosauro piumato 😀

Dal Museo di Storia naturale di Londra

Dal Museo di Storia naturale di Londra

Odore di guai – Smell of trouble

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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Espansione in tre step

È stato l’olfatto a guidare lo sviluppo del cervello?

C’è un fatto sul quale numerosi paleontologi e neurobiologi si interrogano da un pezzo ed è come ha fatto il cervello dei mammiferi a evolversi? E soprattutto, perché le aree del cervello hanno dimensioni e proporzioni così diverse tra loro? Numerosi studi mostrano che in generale passando da una specie animale all’altra le dimensioni delle diverse aree cerebrali sono “in scala” con la massa totale del cervello, tutte eccetto una: il bulbo olfattivo. Nei vertebrati questa struttura, che rappresenta la prima postazione cerebrale per la decodifica degli odori, ha dimensioni che variano certo, ma non in proporzione alle dimensioni complessive del sistema nervoso centrale. Per capirci, secondo questo schema per un “cervello grande” ci si aspetterebbe di trovare anche un bulbo olfattivo “grande”, e invece no. Ad esempio, perché il bulbo olfattivo dei roditori è così grosso rispetto al nostro? Roba da non dormirci.

mouse_bulbImmagine dall’alto di un cervello di topo, la freccia indica il bulbo olfattivo

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Schema dell’evoluzione del cervello a partire dai cinodonti (in rosso è rappresentato il bulbo olfattivo).
Credit: Rowe et al. Science, 2011

Un sistema imprevedibile

Le dimensioni in verità non sono l’unico fattore per il quale il sistema olfattivo continua a lasciare i ricercatori spiazzati: nel mondo animale andando dai molluschi agli insetti, dai vermi ai vertebrati vi è una strabiliante convergenza per la quale vi sono alcune strutture o schemi di funzionamento comuni ed estremamente conservati nelle specie, ad esempio:

  • i recettori olfattivi sono proteine-G associate alla membrana cellulare
  • la via di trasduzione del segnale odoroso segue uno schema a due step
  • la prima stazione nervosa che riceve il segnale dai neuroni olfattivi ha un’organizzazione glomerulare

Altro fatto ancora da capire è perché nella corteccia olfattiva sembra non esserci nessun tipo di organizzazione topografica che ne rispecchi in qualche modo il funzionamento, come avviene con altri sistemi sensoriali, e gli scienziati stanno cercando di capire quale possa essere la chiave di lettura (e decodifica appunto). C’è infine un’altra questione, se da un lato la struttura generale del sistema olfattivo è piuttosto conservata, dall’altro lato il numero di geni che codificano per i recettori olfattivi tra diverse specie è estremamente variabile. Nei mammiferi i geni che codificano per i recettori olfattivi rappresentano la più grande famiglia multigenica del genoma, ma in ogni caso il numero di recettori olfattivi passando da una specie all’altra (invertebrati compresi) non segue schemi ovvi: il verme Caenorhabditis elegans ha circa 1500 diversi chemorecettori, il moscerino Drosophila melanogaster ne ha 130, l’uomo ha circa 350 recettori mentre il topo un po’ più di 1000. Che cosa significa? Non si sa.

Vari possibili scenari

I ricercatori hanno formulato a partire dai dati sperimentali in loro possesso diverse ipotesi che stanno cercando di verificare con nuovi esperimenti. La domanda principale come si diceva all’inizio è: perché il sistema olfattivo sembra essersi evoluto diversamente dagli altri e perché le dimensioni del bulbo olfattivo non seguono la regola generale?
Una possibilità potrebbe essere nella funzione primaria che noi attibuiamo al senso dell’olfatto, ossia riconoscere e distinguere gli odori. Lucia Jacobs in uno studio pubblicato sulla rivista scientifica PNAS ha formulato l’ipotesi che inizialmente la funzione primaria dell’olfatto non fosse tanto legata al bisogno di discriminare gli odori quanto a quella di usarli per orientarsi nello spazio, chiamata “funzione di navigazione”. Se questo fosse vero le diverse dimensioni del bulbo risponderebbero a queste esigenze e, semplificando, specie con comportamenti “esplorativi”, che quindi si muovono molto in cerca di cibo o per necessità di fuga dai predatori, avrebbero sviluppato ad esempio un bulbo con dimensioni maggiori rispetto a specie meno esplorative o che si sono evolute prediligendo altri sistemi sensoriali per questo scopo, vedi vista ed ecolocazione. In base a questa ipotesi l’esigenza di orientarsi usando “mappe sensoriali” basate sulla disposizione degli odori nello spazio avrebbe esercitato la necessaria pressione affinché il cervello si sviluppasse nella direzione che ha preso. Questo avrebbe favorito anche lo sviluppo dell’ippocampo e della memoria associativa come conseguenza dell’organizzazione delle informazioni sensoriali in moduli associativi. Ovvero, mi oriento nello spazio basandomi su una mappa mentale nella quale ho memorizzato determinate zone dello spazio in cui mi muovo associandole a odori caratteristici che quindi ricordo e riconosco. Si tratta ancora solo di un’ipotesi, ma sicuramente interessante.

Evoluzione a tre step

Un altro studio, su Science, suggerisce che significativi aumenti delle capacità olfattive hanno segnato e in qualche modo guidato le tappe principali dell’evoluzione del cervello dei mammiferi.
In questa ricerca è stato possibile applicare per la prima volta una scansione ai raggi X ad alta risoluzione di alcuni crani fossili, questo ha permesso di avere dati precisi sulla loro superficie interna, altrimenti non accessibile a meno di rompere il cranio stesso, e quindi risalire alla forma del cervello che ci stava dentro. Dalle ricostruzioni e dagli studi comparartivi del cranio fossile di due animali mammaliformi, Morganucodon e Hadrocodium, risalenti all’inizio del Giurassico, stiamo parlando cioè di quasi 200 milioni di anni fa,  è emerso che probabilmente l’evoluzione del cervello dei mammiferi è avvenuto in tre tappe principali. Partendo dai primi rettili che non avevano organi di senso particolarmente sviluppati e pure a coordinazione motoria non erano messi molto bene, si sono distaccati due rami principali che hanno portato rispettivamente ai mammiferi e agli uccelli. Nei mammiferi lo sviluppo di aree cerebrali più complesse pare sia stato guidato da un acuirsi del senso dell’olfatto e da un’espasione del cervelletto, deputato appunto alla coordinazione motoria. In una seconda fase le dimensioni complessive del cervello sarebbero aumentate di circa 50% e avrebbero riguardato di nuovo soprattutto bulbo olfattivo e cervelletto, ma anche gli emisferi cerebrali, come conseguenza di una più raffinata capacità di integrare gli stimoli sensoriali e motori.
Infine secondo gli autori  della ricerca si può individuare una terza fase dell’evoluzione del cervello dei mammiferi che ha visto un’ulteriore aumento delle capacità di elaborare gli stimoli odorosi. In questo periodo si osserva infatti un aumento del 10% dell’epitelio olfattivo e alcuni importanti modifiche alla struttura delle ossa craniche e del setto nasale. Inoltre il numero di geni per i recettori olfattivi si espande e aumenta il numero di recettori, le capacità olfattive insomma migliorano, e di molto.

F1.largeDimensioni relative di bulbo olfattivo, emisferi, medulla e cervelletto in rettili, uccelli e mammiferi
Credit: N. Kevitiyagala/Science

Sullo sviluppo degli uccelli a riguardo si hanno meno informazioni, ma i reperti fossili e i dati a disposizione suggeriscono che già i dinosauri più vicini a loro presentavano emisferi cerebrali e cervelletto più sviluppati, mentre il bulbo olfattivo era piuttosto ridotto. Cosa sia successo nel mezzo ancora non è chiaro.

Più si studia più aumentano le domande…