安哥拉曾深陷战火长达27年，饱受内战之苦。50万人的生命因此消逝，野生动物也遭到大肆捕杀，以供养军队。犀牛和大象成了重要目标——反叛武装把犀牛角和象牙当作购买武器的货币。
冲突期间，象群越境逃往博茨瓦纳、赞比亚和刚果民主共和国。2002年战争结束后，动物种群开始慢慢返回战前的觅食地。但一个巨大的问题仍未解决：数百万枚地雷仍然留在原地，并且散布在安哥拉各地，尚未引爆。许多大象在尝试重新迁回时被爆炸物炸死或炸伤。
对佩戴项圈、穿行于受影响地区的大象所收集的数据显示象群会避开雷区。这表明，至少有些返回的大象已将雷区与危险联系起来。这种联系可能基于什么？避开雷区的大象是否目睹过其他动物在那里被炸死？还是它们把地雷的气味与危险联系起来，并将风险推及其他存在这种气味的区域？
这些问题我们无法全部回答。为了缩小研究范围，我和同事着手查明大象能否闻出地雷的主要成分——三硝基甲苯（TNT）。
TNT的挥发性很低——挥发性指物质进入空气中的难易程度。这使得仅凭嗅觉探测它十分困难。不过，有些动物是出色的地雷嗅探者，其中包括狗和冈比亚囊鼠。蜜蜂也很擅长探测。
遗传因素
动物嗅觉范围的广度取决于它拥有多少种不同的嗅觉受体，而这由物种的基因决定。
非洲象拥有的与嗅觉感知有关的基因数量是狗的两倍多：约为2000个，而狗有811个。这表明嗅觉在大象的生活中必定发挥着极其重要的作用。事实上，在迄今接受测试的所有物种中，大象的数量最多，因此它们很可能是动物王国中嗅觉最灵敏的动物。
我们不仅想知道大象能否通过嗅觉探测TNT，也想了解它们的能力与经过严格训练的TNT探测犬相比如何。
为此，我们请来三头非洲象，来自“大象奇遇记”——一家致力于提高公众保护意识的教育旅游机构。我们采用奖励式训练方法，训练大象在一组样本中闻到TNT时做出示意：起初样本是没有气味的空白样本，随后则加入挥发性很强的干扰气味。
每份样本是一张滤纸，上面附有以下某种气味的微量物质：TNT、石油、丙酮、漂白剂、洗涤剂、茶，或不含任何物质（空白样本）。滤纸（即样本）分别放入桶中，共八个样本桶，沿直线排列，彼此相距6米。我们训练大象沿着队列行走并检查每个桶；每当它们认为闻到了TNT，就抬起前腿，在选中的桶上方挥动。
结果表明，在嗅探过程的某一方面，大象甚至比目前被视为地雷探测黄金标准的狗表现更好。
灵敏度与选择性
灵敏度和选择性这两项指标在探测科学中至关重要。通过测量这些指标，研究人员可以了解狗或大象等生物探测器的表现，也能比较不同物种的能力。
在我们的试验中，大象只漏掉了97份TNT样本中的1份，灵敏度高达99.7%。灵敏度是指目标物质（此处为TNT）存在时，探测器做出示意的倾向。相比之下，据报道，TNT探测犬的灵敏度为93.7%。
大象只做出了6次假阳性示意：把53份丙酮样本中的5份和24份汽油样本中的1份误认为TNT。假阳性频率极低，因此选择性得分达到95.1%，表现出色。选择性指探测器只对TNT、而非任意有气味物质做出示意的倾向。这个成绩略低于据报道狗达到的100%。
我们的研究结果表明，实际上并不存在TNT时，大象做出示意的可能性比狗高近5%。但狗漏检TNT的可能性比大象高近6%。显然，对于TNT探测器来说，容易出现假阳性总比容易出现假阴性好：这甚至可能关乎生死。
实际应用
那么，这是否意味着大象应该接替TNT探测犬的工作？
绝对不是。我们无意让大象置身险境：它们庞大的体型和体重完全不适合在雷区现场探测TNT。
不过，远程大象小组可以为安哥拉等国当前的排雷行动提供宝贵支持。
通过远程爆炸物气味追踪收集的样本，可由无人机等无人驾驶设备送交大象筛查。在排雷队伍部署之前，TNT探测象收集的信息就能传递给前线排雷人员。这套预警系统有望挽救排雷人员及其专职生物传感器伙伴的生命。
值得探索的其他领域
大象能够正确识别并区分学会辨认的气味与其他气味，这表明它们或许也能应用于其他生物传感领域，例如疾病早期检测。
探测犬被用于医疗和生物学研究。我本人曾将它们用作具有生物学相关性的模型，以证明鼓腹蝰无法通过嗅觉探测。
经过专门训练的狗已用于筛查癌症、糖尿病、癫痫、外来入侵物种、有害微生物和害虫。有些气味匹配犬甚至能将采集到的样本与特定个体对应起来，从而免去昂贵且耗时的基因检测。在这些领域中，狗的表现大多已证明更为可靠，胜过机械设备。
在这些领域，大象或许也能像在TNT探测中那样，在灵敏度方面与狗一较高下。要让它们持续关注目标气味，大象所需的维持训练比狗少。我们的试验结束一年后，大象仍能以很高的成功率重复相同测试，其间没有接受任何维持训练。
此外，大象寿命很长——野外寿命可达约60年——因此，大象一经训练，就能成为长期服役的生物传感器，寿命远超现有的同类生物传感器。
同样重要的是，对于圈养动物而言，参与符合其生物习性、能发挥自然行为并获得奖励的任务，会带来极大的刺激。因此，大象不仅可能在嗅探危险时拯救生命，也能同时享受其中的乐趣。
