The VNO – Das Vomeronasales Organ oder Jacobson-Organ

from Diane

Flehmen 03Well, okay, I cheated a little bit. There’s more. Scientists now classify other body indicators as senses, beyond just the traditional five. These include thermoception (temperature), proprioception (kynesthesia, or I prefer to describe is the sense of how the body is spatially and what movement is possible), nociception (pain), equilibrioception, (balance). Then there’s the one we’re going to look at here, a sensory ability that bears and other mammals possess and that it appears that we do not. Or maybe we do. Anyhow, it’s called the veronomal nasal organ or the VNO, and it makes up part of the bear’s nose.

Gut, okay, ich habe ein bisschen geschummelt. Es gibt mehr. Die Wissenschaft klassifiziert heute noch weitere Sinnesorgane als die traditionellen fünf (Sehen, Hören, Riechen, Schmecken und Tasten). Diese umfassen die Thermorezeption (den Temperatursinn), die Propriozeption (Körperempfindung oder Tiefensensibilität – ich beschreibe das lieber als die Wahrnehmung, wo sich der Körper räumlich befindet und welche Bewegungen möglich sind), die Nozizeption (Schmerzempfindung) und der Vestibulärer Sinn, (der Gleichgewichtssinn). Und dann gibt es noch den, mit dem wir uns nun hier beschäftigen wollen, eine sensorische Fähigkeit die Bären und anderer Säugetiere besitzen und die uns – und einigen anderen Primaten – anscheinend fehlt. Oder vielleicht haben wir sie doch. Wie immer es auch sei, das Sinnesorgan heißt Vomeronasales Organ (VNO) oder Jacobson-Organ und es ist ein Teil der Nase des Bären.

Generally it’s thought that humans lack this sense, or maybe that we experience it only on an unconscious level, perhaps as a shift in mood, or it could be that some humans retain the use of it in a limited way and other humans do not.  So, genetic heritage.  Or  maybe we don’t have one any more at all. Certainly we don’t use it consciously, as does the polar bear, if we use it at all. Curiously although the VNO is accessed through intake of air and/or some material that flows through the mouth, human fetuses can be clearly seen to have the organ, but it fades and degenerates as they become children.

Im Allgemeinen denkt man, dass Menschen diesen Sinn nicht haben oder dass wir ihn vielleicht nur auf einem unterbewussten Level wahrnehmen, vielleicht als eine Stimmungsschwankung oder es könnte sein, dass er bei einige Menschen bis zu einem beschränkten Maße erhalten geblieben ist und bei anderen Menschen nicht. Genetisches Erbe. Oder wir haben ihn überhaupt nicht mehr. Freilich nutzen wir ihn nicht bewusst, wie es der Eisbär tut, wenn wir ihn überhaupt nutzen. Obwohl das Jacobson-Organ durch das Einatmen von Luft und/oder die Aufnahme von Stoffen, die durch den Mund fließen, erreicht wird, haben seltsamerweise menschliche Embryos dieses Organ, aber es bildet sich bis zur Geburt zurück und verschwindet.

Flehmen 01Then there’s the Flehmen response. It’s a sort of pumping action, apparently required to move air through this special organ.  I’m sure you’ve all seen the movement:  The bear raises his nose, maybe has a sniff or two, opens his mouth, and makes a huffing sound or two, then either he reacts in some way, perhaps subconsciously, or goes back to sleep because there’s nothing to respond to. I’m told that that indicates that he is moving air through the VNO.  And beyond just his marvellous sense of smell, it’s telling him something.  But what?

Dann gibt es das Flehmen. Es ist eine Art von Pumpen, eine Aktion, die offenbar erforderlich ist, um die Luft durch dieses besondere Organ zu bewegen. Ich bin sicher, dass sie alle es schon einmal beobachtet haben. Der Bär hebt seine Nase, schnuppert vielleicht ein- oder zweimal, öffnet seinen Mund und schnauft ein- oder zweimal, dann reagiert er auf irgendeine Art und Weise, vielleicht unterbewusst oder schläft weiter, weil es nichts gibt, worauf er reagieren sollte. Man sagte mir, dass das darauf hindeutet, dass er Luft durch sein Jacobson-Organ fließen lässt. Es sagt ihm etwas über seinen phantastisch Geruchssinn hinaus. Aber was?

Most of the research these days is being done on the human VNO, trying to figure out just what it does for us. Actually I tried googling “VNO” and “bear” and the only thing it turned up was a blog entry I made on the San Diego Zoo website, explaining pretty much what I’m explaining here. Either that makes me the world’s expert on the subject, or nobody else thinks it’s interesting enough to write about.

Die meisten der heutigen Studien beschäftigen sich mit dem menschlichen Jacobson-Organ. Sie erforschen, was es für uns tut. Als ich versuchte nach „VNO“ und „bear“  zu googeln, war das einzige was auftauchte ein Blog-Kommentar, den ich selbst auf der Website des San Diego Zoos gemacht hatte, wo ich ziemlich genau das erklärte, was ich hier erklären will. Entweder macht mich das zum Experten über dieses Thema oder niemand anders denkt, dass es interessant genug ist, darüber zu schreiben.

Flehmen 02If you watch polar bears interacting with each other for a while, you can see that there is communication going on between them, but it’s puzzling just what this communication is.  It can’t be seen clearly, nor can you hear it. In fact, polar bears are generally silent animals. They do have some facial expression, and there are probably subtleties to it that we don’t notice or understand.  I’ve been known to lure a bear over close to me, using bear body language, but the problem with that is that I didn’t really know what I was saying.  The bear I’m thinking about practically wanted to throw himself at me, and I’m pretty sure it wasn’t because he thought I was drop-dead beautiful. Fortunately I was in a vehicle about three feet above him because he looked at me directly and tried to jump up and ,,, what? … kiss me on the cheek?  In that case, he read my body language, but if I were a bear I thought there are other stronger indicators that I could have put out to encourage him to come near. Pheromones.  Anyhow, the cub was keen, but Mama was right there, and she soon decided that I didn’t look like suitable friend material for her little boy.  It only took one huff (verbal bear communication), and he reluctantly turned away from me.  Those Mama pheromones will do it every time.

Wenn man Eisbären eine Zeit beobachtet, wenn sie miteinander interagieren, kann man sehen, dass zwischen ihnen eine Kommunikation stattfindet, aber es ist rätselhaft, wie diese Kommunikation funktioniert. Man kann sie nicht klar erkennen, noch kann man sie hören. Genau genommen sind Eisbären leise Tiere. Sie haben eine Gesichtsmimik, doch ihre Feinheiten bemerken wir oft nicht oder können sie nicht verstehen. Man kennt mich dafür, dass ich Bären anlocke, indem ich die Körpersprache der Bären benutze. Doch das Problem ist, dass ich eigentlich nicht genau weiß, was ich ihnen damit sage. Der Eisbär, an den ich gerade denke, wollte sich praktisch auf mich werfen und ich bin ziemlich sicher nicht deshalb, weil er dachte, ich sei umwerfend schön. Glücklicherweise befand ich mich in einem Fahrzeug ungefähr einen Meter über ihm. Er schaute mich direkt an und versuchte zu springen … warum wohl? … um mich auf die Wange zu küssen? In diesem Fall hatte er meine Körpersprache gelesen, aber wenn ich ein Bär wäre, würde ich denken, dass es andere stärkere Indikatoren gäbe, die ich aussenden müsste, im ihn zu ermutigen, näher zu kommen. Pheromone. Auf jeden Fall war der junge Bär eifrig, aber seine Mama war gleich da und entschied schnell, dass ich nicht wie ein geeigneter Freund für ihren Jungen aussah. Ein Schnaufen reichte (verbale Bärenkommunikation) und er zog sich widerstrebend weg von mir zurück. Diese Mama Pheromone funktionieren zu jeder Zeit.

Frontal section of nasal cavities of a human embryo 28 mm. long (Vomeronasal organ of Jacobson labeled at right)  - Frontalschnitt durch die Nasenhöhle eines 28 mm großen menschlichen Embryos.  -

Frontal section of nasal cavities of a human embryo 28 mm. long (Vomeronasal organ of Jacobson labeled at right) – Frontalschnitt durch die Nasenhöhle eines 28 mm großen menschlichen Embryos. –

The VNO, also called “Jacobson’s organ”, is “an auxiliary olfactory sense organ that is found in many animals.” It was discovered in 1811 by Ludwig Levin Jacobson; however, it was actually described a century earlier (1703) by Dutch anatomist Frederik Ruysch.  I don’t know how Ruysch feels about it but Jacobson has got the credit..  I looked the matter up on http://de.wikipedia.org to see what it was called in Germany  that although the term “Vomeronasales Organ” is also used, “das Jacobson-Organ” is listed first.

Das Jacobson-Organ oder Vomeronasales Organ ist „ein Geruchsorgan vieler Wirbeltiere.“ Es wurde 1811 das erste Mal von dem dänische Anatom Ludwig Levin Jacobson beschrieben. Allerdings wurde es bereits ein Jahrhundert früher (1703) von dem Niederländischen Anatom Frederik Ruysch entdeckt. Ich weiß nicht, was Ruysch wohl dazu gesagt hätte, dass Jacobson die ganzen Lorbeeren kassiert. Im Deutschen verwendet man in erster Linie den Ausdruck „Jacobson-Organ“, dieser wird z.B. in der Wikipedia als erster verwendet, wenn auch der Name „Vomeronasales Organ“ erwähnt wird. Auf Englisch ist die übliche Bezeichnung des Organs „Vomeronasal organ“. 

Oral cavity of a domestic cat. The access to the VNO is visible as small palatal papilla behind the incisors. - Mundhöhle einer Hauskatze, Der Zugang zum Jacobson-Organ ist als kleine Papille  palatinal hinter den Schneidezähnen sichtbar.

Oral cavity of a domestic cat. The access to the VNO is visible as small palatal papilla behind the incisors. – Mundhöhle einer Hauskatze, Der Zugang zum Jacobson-Organ ist als kleine Papille palatinal hinter den Schneidezähnen sichtbar.

The research is largely being done on the human VNO, probably because scientists are human too, so if they are experiencing the input of this organ, they are the ones best to describe it.  Alas, there are no polar bearish scientists, so there are no first-hand (first-paw?) reports of what they experience, but obviously they do experience something, probably a lot more than we do.  This drawing is of the human VNO.  As I explained I couldn’t find anything with a bear, but I don’t think the anatomy is a huge amount different in the bear.  I took this photo from the German Wikipedia.  It shows a cat, yawning widely, and actually allowing us to see the VNO tissues behind its incisors (arrow).

Geforscht wird weitgehend über das Jacobson-Organ des Menschen, vielleicht weil auch die Wissenschaftler Menschen sind. Sollten sie einen Input von diesem Organ erhalten, sind sie schließlich die Besten, dies zu beschreiben. Leider gibt es keine eisbärischen Wissenschaftler, so gibt keine Erfahrungsberichte aus erster Hand (erster Tatze ?). Die Abbildung ist eine des menschlichen Jacobson-Organ. Wie ich beschrieben habe, fand ich keine von einem Bären, aber ich denke nicht, dass es einen riesigen Unterschied seiner Anatomie beim Bären gibt. Ich fand ein Foto in der deutschen Wikipedia. Es zeigt eine Katze, die mit weit aufgesperrtem Mund gähnt und uns so erlaubt ihr Jacobson-Organ hinter ihren Schneidezähnen zu sehen (Pfeil).

These specialized tissues are receptors, they have root-like structures that connect to a something called the AOB (accessory olfactory bulb), which lies at the forefront of the brain and which serves as a sort of exchange, routing the information all around the brain, notably to the amygdala, hippocampus, and the cerebellum, all structures whose functions are incompletely understood. And then for humans, the story more or less stops. For a polar bear, however, much valuable information is gleaned, mostly having to do with prey, the pheromonic communication of bears and other animals, as well as with reproductive clues. Then the great mystery. Does the bear’s brain process this stuff as an odor? Is it somehow palpable to him? Can he taste it?

Diese speziellen Gewebe sind Rezeptoren. Sie haben wurzelähnliche Strukturen die sie mit etwas verbinden, das man den akzessorischen olfaktorischen Bulbus (AOB – ein Teil des Riechkolbens) nennt. Dieser liegt am der Vorderseite des Gehirns und dient als eine Art Vermittlungszentrale, die Informationen in das Gehirn weiterleitet, insbesondere zum Mandelkern (Amygdala), Hippocampus und Kleinhirn (Cerebellum), alles Strukturen, deren Funktionsweise man nur unvollständig versteht. Und hier hört die Geschichte für den Menschen mehr oder weniger auf. Für die Eisbären dagegen werden auf diesem Weg viele wertvolle Informationen gesammelt, die meisten haben zu tun mit ihrer Beute, der „pheromonischen Kommunikation“ mit anderen Bären oder anderen Tieren, wie auch mit dem Finden eines Partners für die Fortpflanzung. Danach ein großes Rätsel: Nimmt das Gehirn diese Informationen als einen Geruch wahr? Ist es für ihn spürbar? Kann er ihn schmecken?

Of course they’ve been picking on the poor rats again, and guinea pigs were victims as well. They removed the VNO from males of these species and discovered that it largely removed the animals’ interest in the opposite sex. Notice that these are the males, I don’t think anyone queried the rat or guinea pig ladies, so it is possible that the impact of the VNO on the female of the species is quite different. In rats, it’s reported that the males have a larger VNO, but I’m not sure that suggests anything. There is this quite funny video from John Downer’s “Spy on the Ice” series that would seem to indicate that there are moments when she, too, is “warm for his form”. I could make all kinds of jokes about how long it takes him to catch on and about how easily he is distracted by technology, but I won’t. I’m sure you can make up plenty for yourself.

Natürlich haben sie sich wieder die armen Ratten herausgepickt und auch Meerschweinchen wurden ihre Opfer. Sie haben das Jacobson-Organ von männlichen Tieren dieser Spezies entfernt und entdeckt, dass dadurch weitgehend die Lust am anderen Geschlecht zum Erliegen kam. Achten sie darauf, es handelte sich um Männchen. Ich denke nicht, dass irgendjemand die weiblichen Ratten oder Meerschweinchen „befragte“, so ist es durchaus möglich, dass das Jacobson-Organ bei Weibchen dieser Arten einen anderen Einfluss hat. Bei Ratten wird berichtet, dass die Männchen ein größeres Vomeronasales Organ besitzen, aber ich bin nicht sicher, dass man daraus irgendetwas schlussfolgern kann. Es gibt da ein ziemlich lustiges Video aus John Downe’s “Spy on the Ice” Serie, das zumindest darauf hinzudeuten scheint, dass es Augenblicke gibt, wenn sie durchaus empfänglich für seine Reize ist. Ich könnte jede Menge Witze darüber machen, wie lange es dauert, bis er kapiert hat, was sie von ihm will, oder wie leicht er durch ein bisschen Technologie abgelenkt wird, aber ich lasse es. Ich bin sicher, ihnen fällt von alleine viel dazu ein.

In the zoo too, Taiko im the Zoo de La Flèche - Auch im Zoo, Taiko  im Zoo de La Flèche.

In the zoo too, Taiko im the Zoo de La Flèche – Auch im Zoo, Taiko im Zoo de La Flèche.

Finally it’s just interesting to ponder how this other sense makes his/her experience of the world different from ours. I’ve explained how his brain is somewhat different from ours, and the presence of this organ hints strongly that he receives information differently then we do, His cranium contains a smaller frontal lobe, so he’s not likely to cogitate a great deal or solve problems very efficiently. At the same time, he can look at another bear and read from that bear’s pheromones about the bear’s age and gender. He may recognize the other bear visually, but he also has phermonal clues that this huge hunk of odiferous fur is the same “Abner” he met last year and didn’t like very much. He may give a perfunctory greeting or simply walk away. He may know that Abner’s feelings are hurt, and he may not care and lets Abner know that too. On the other hand, if Abner is out to get him, he’ll figure that out fast. Hostile pheromones. Either he’ll let Abner pick a fight or – more likely – he’ll attempt to depart the scene. When he discovers a female bear in estrus, he gets strong indicators both by pheromone and scent, that he should follow her, rather than take a nap, as he had originally planned. And if seal pheromones are present, he’s going to go looking for dinner PDQ.

Abschließend ist es wirklich interessant, darüber nachzudenken, wie ihre anderen Sinne sie die Welt anders wahrnehmen lassen als wir. Ich habe erklärt, dass ihr Gehirn irgendwie anders ist als unseres und dass das Vorhandensein dieses Organs deutlich darauf hinweist, dass die Eisbären Informationen anders erhalten als wir. Ihr Schädel enthält einen kleineren Frontallappen, so ist es nicht wahrscheinlich, dass sie viel über etwas nachsinnen oder Probleme sehr effizient lösen können. Gleichzeitig können sie einen anderen Eisbären anschauen und aus ihren Pheromonen lesen, welches Geschlecht er hat und wie alt er ist. Ein Eisbär erkennt den anderen Bären vermutlich visuell, aber auch seine Pheromone geben ihm den Hinweis, dass dieser riesige Brocken von riechendem Fell der gleiche „Abner“ ist, den er schon letztes Jahr getroffen hat und dass er ihn nicht besonders mochte. Vielleicht grüßt er ihn routinemäßig oder geht einfach weg. Vielleicht weiß er, dass Abners Gefühle verletzt sind, ist deshalb unbesorgt und lässt Abner dies auch wissen. Wenn andererseits Abner darauf aus ist, sich ihn zu schnappen, wird er das schnell begreifen – feindliche Pheromone. Entweder schlägt er Abner einen Kampf vor oder – was wahrscheinlicher ist – er versucht die Szenerie zu verlassen. Wenn er eine paarungsbereite Eisbärin entdeckt, weiß er aufgrund von Pheromonen und Geruch, dass er ihr besser folgen sollte, anstelle ein Nickerchen zu machen, was er ursprünglich geplant hatte. Und wenn Robben Pheromone präsent sind, weiß er, dass es Zeit ist, sich ums Abendessen zu kümmern.

Thanks to Brad Josephs for telling me about this originally, so I could read up on it and become a huge expert.

Vielen Dank an Brad Josephs, der mir ursprünglich darauf aufmerksam gemacht hat, sodass ich etwas darüber lesen konnte und nun ein großer Experte geworden bin.

 Other sources – andere Quellen:

Science, 22 October 1999: Vol. 286 no. 5440 p. 703
http://en.wikipedia.org and http://de.wikipedia.org

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