" Spallanzani's bat problem " การทดลองที่ไม่ได้เผยแพร่ของ Spallanzani ด้วยการอุดหูค้างคาว




เพื่อนร่วมงานของ Spallanzani คิดว่า มันแปลกและไร้เหตุผลที่สัตว์สามารถ "มองเห็น" ด้วยสิ่งอื่นที่ไม่ใช่ดวงตาได้
Cr.ภาพ pbs.org/


ในช่วงปลายทศวรรษ 1700 เป็นจุดเริ่มต้นของการทดลองอันชาญฉลาดต่อเนื่องและยาวนาน โดยภายในหนึ่งหรือสองปีที่ Spallanzani ได้เรียนรู้เกี่ยวกับทิศทางของค้างคาวเกือบเท่าๆ กับที่คนอื่นๆ ค้นพบได้ใน 140 ปีหลังจากการตายของเขา แต่การสังเกตและข้อสรุปของเขามีสัดส่วนเพียงเล็กน้อยอย่างน่าเศร้าที่เป็นที่รู้จักในวงกว้าง เพียงพอที่จะได้รับการยอมรับโดยทั่วไปในหมู่นักสัตววิทยา แม้กระทั่งทุกวันนี้งานส่วนใหญ่ของเขาก็ยังไม่ได้รับการตีพิมพ์ 

ในปี 1793 Lazzaro Spallanzani (1729–1799) นักบวชและนักธรรมชาติวิทยาชาวอิตาลี เพื่อพยายามอธิบายความสามารถของค้างคาวในการบังคับทิศทางการบินในความมืด เขาแสดงให้เห็นว่าค้างคาวที่ปิดตาสามารถนำทางได้ โดยจะบินไปในทิศทางปกติและยังสามารถจับแมลงได้ และหากเอาผ้าคลุมหัวจะพบว่าพวกมันสับสนและบินชนกำแพง ในขณะที่ Charles Jurine นักสัตววิทยาชาวสวิสได้เพิ่มความสำคัญของข้อมูล โดยแสดงให้เห็นว่าการปิดกั้นหูข้างหนึ่งของค้างคาวก็ป้องกันไม่ให้ปรับทิศทางได้

Spallanzani จึงคิดค้นการทดลองใหม่ ด้วยการเสียบหูค้างคาวด้วยหลอดทองเหลืองกลวงหรือหลอดที่เต็มไปด้วยขี้ผึ้ง ค้างคาวที่มีหลอดขี้ผึ้งจะสับสน แต่ตัวที่มีท่อกลวง (ซึ่งเสียงสามารถผ่านได้) จะบินได้ตามปกติ หลังจากการทดลองหลายครั้ง Spallanzani สรุปว่า “ ค้างคาวมองเห็นด้วยหู ” สำหรับการบินในความมืดอย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าตาสำหรับการมอง หรืออย่างน้อยก็สำหรับการวัดระยะทาง แต่เขาไม่พอใจในคำตอบที่ได้จึงแบ่งปันผลของเขากับนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ เพื่อกระตุ้นให้พวกเขาทำการทดลองด้วยตนเองเพื่อแก้ปัญหา 


Echolocation ได้รับการตรวจสอบครั้งแรกโดยนักบวช/นักสรีรวิทยา Lazzaro Spallanzani ในช่วงปลายทศวรรษ 1700 
ก่อนหน้านั้นมีการสันนิษฐานว่าค้างคาวมีวิสัยทัศน์ที่ยอดเยี่ยมหรือมีความสามารถเหนือธรรมชาติ
Cr.ภาพ reddit.com/r


การทดลองถูกเรียกว่า " ปัญหาค้างคาวของ Spallanzani " (Spallanzani's bat problem) ในตอนนั้นถือเป็นเรื่องนอกรีตทางวิทยาศาสตร์ เพราะบางครั้งการทดลองของเขาได้ตัดหูและลิ้นของผู้ทดลองออก หรือเคลือบร่างกายของพวกมันด้วยไขมันทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ตามชื่อของมันซึ่งยังคงเป็นปริศนาทางวิทยาศาสตร์จนถึงปี 1938

แม้ผลลัพธ์ของ Spallanzani จะได้รับการยืนยันและขยายออกไปโดย Charles Jurine (1751–1819) ในปี 1794 แต่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่เชื่อและใครๆ ไม่สามารถเข้าใจความจริงที่ว่า หูของค้างคาวมีความสำคัญต่อการบินในความมืด  แม้แต่ Georges Cuvier นักกายวิภาคศาสตร์ที่ได้รับความเคารพอย่างสูงก็ปฏิเสธความคิดที่ว่า การได้ยินอาจทำให้ค้างคาวหลีกเลี่ยงอุปสรรคได้

เป็นเวลากว่าศตวรรษที่การทดลองอุดหูค้างคาวของ Spallanzani และ Jurine ถูกลืมหรือเพิกเฉย จนเมื่อ Hahn(1908) พบเหมือนกันว่าการอุดหูค้างคาวแน่นสนิทจะทำให้เกิดอาการมึนงงโดยสิ้นเชิงและสรุปว่า "ค้างคาวรับรู้อุปสรรคส่วนใหญ่ผ่านอวัยวะรับความรู้สึกในหูชั้นใน " นี่ทำให้ " ปัญหาค้างคาวของ Spallanzani ” ยิ่งงงมากขึ้น เพราะทำไมค้างคาวถึงต้องบินอย่างเงียบ ๆโดยไม่ได้ยินอะไรเลย


ค้างคาวประมาณ 70% ทั่วโลกมีความสามารถนี้ แต่ไม่ใช่ทุกตัวที่มี  " echolocation " 
นอกจากนี้ วาฬ โลมา นกoilbirds นกปากซ่อมหลายสายพันธุ์ tenrec (ในภาพ) และนกนางแอ่นก็ใช้เทคนิคที่คล้ายคลึงกัน


เหตุที่การทดลองที่ "ทันสมัย" และน่าประหลาดใจของ Spallanzani ได้รับความน่าเชื่อถือเพียงเล็กน้อย เนื่องจากในศตวรรษที่ 18 ธรรมชาติของคลื่นเสียงยังไม่เป็นที่เข้าใจมากนัก ดังนั้นแนวคิดเรื่องเสียงที่มีความถี่สูงเกินไปที่มนุษย์จะได้ยินจึงเป็นเรื่องที่คิดไม่ถึง และในความเป็นจริง ไม่มีความเข้าใจทั่วไปเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่สัตว์มีความสามารถทางประสาทสัมผัสที่มนุษย์ไม่มี
 
ทั้งนี้ คลื่นเสียงความถี่สูงที่ไม่ได้ยินเกิน 20 kHz เรียกว่า " อัลตราซาวนด์ " มีอยู่ในธรรมชาติมานานกว่า 1 ล้านปี สัตว์หลายชนิดรวมทั้งค้างคาวใช้สิ่งนี้
ในการบินและค้นหาแหล่งอาหารเช่น แมลงเม่า แต่ในช่วงเวลานั้น นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานต่างกันไปว่า ค้างคาวนำทางโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของกระแสลมบนปีกของพวกมัน หรือมี " new sense " ลึกลับบางอย่าง ส่วนคนอื่นๆคาดการณ์ว่าค้างคาวอาจตรวจจับสิ่งกีดขวางโดยเปล่งเสียงความถี่ต่ำเพื่อตรวจจับการสะท้อนของพวกมัน

ในที่สุด ในช่วงทศวรรษที่ 1930 Donald Griffin นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้ค้นพบตำแหน่งทางเสียงสะท้อนอย่างเป็นทางการในชุดการทดลองที่เกี่ยวข้องกับเครื่องวัดเสียงไฟฟ้าและห้องเก็บเสียง โดยได้เรียนรู้ว่าค้างคาวปล่อยคลื่นเสียงที่ควบคุมได้ ซึ่งก้องกังวานเหนือช่วงการได้ยินของมนุษย์ เสียงสะท้อนที่ย้อนกลับมาที่หูของพวกมันสร้างภาพเสียงออกมาด้วยความแม่นยำที่น่าทึ่ง


Bat Echolocation
คลิกเพื่อดูคลิปวิดีโอ


เพื่อยืนยันการทดลองของ Spallanzani  Griffin ยังใช้เครื่องตรวจจับอัลตราซาวนด์ที่พัฒนาขึ้นใหม่แสดงให้เห็นว่า ค้างคาวปล่อยอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงในช่วงความถี่ 30-100 กิโลเฮิรตซ์ และปรับทิศทางโดยการตรวจจับเสียงสะท้อนของเสียงร้องของพวกมันเพื่อค้นหาวัตถุ  (kHz) พฤติกรรมทั้งหมดนี้ Griffin เรียกว่า " echolocation " ซึ่ง echolocation ของค้างคาวนั้นซับซ้อนมากจนสัตว์เหล่านี้สามารถตรวจจับวัตถุที่มีความกว้างเท่ากับเส้นผมมนุษย์
ในช่วงหลายทศวรรษนับตั้งแต่งานแรกเริ่มของ Griffin ซึ่งมีความเข้าใจในปรากฏการณ์นี้ค่อนข้างดีในปัจจุบัน แต่การสะท้อนตำแหน่งค้างคาวเป็นการแสดงความไวและความแม่นยำที่น่าเหลือเชื่อ ค้างคาวส่วนใหญ่ส่งเสียงร้องด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง โดยทั่วไปจะเป็นคลื่นความถี่คงที่ (CF bats) หรือความถี่ที่ลดลงภายในแต่ละจังหวะการเต้นของหัวใจ (frequency-modulating หรือ FM, bats)

ตัวอย่างเด่นของ FM bat คือค้างคาวสีน้ำตาลตัวเล็ก ( Myotis lucifugus ) ที่ขณะล่องไปจะส่งเสียง Pulse ที่กวาดความถี่ตั้งแต่ 80 - 40 kHz พลังงานเสียงของ Pulse เหล่านี้มีมากถึง 120 เดซิเบล เทียบเท่ากับเครื่องบินเจ็ทที่บินออกไป 100 เมตร ซึ่งหากพลังงานเสียงนี้อยู่ภายในช่วงความถี่การได้ยินของมนุษย์ เสียงร้องของมันอาจจะทำให้มนุษย์หูหนวกได้

Myotis lucifugus 
การทดลองของ Spallanzani เริ่มคลี่คลายความลึกลับว่าค้างคาวสามารถ "มองเห็น" ด้วยหูได้อย่างไร เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับสัตว์เหล่านี้มากขึ้น ที่สำคัญวิธี
ที่ค้างคาวประมวลผลเสียงกลายเป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อกอุปกรณ์ช่วยเหลือประเภทใหม่ทั้งหมด ซึ่งอาจทำให้คนตาบอดสามารถนำทางได้อย่างอิสระ โดยเครื่องมือ "Sonic Pathfinder" ของ Horowitz และทีมนักวิจัยที่ Brown's Bat Lab

นอกจากนั้น ยังขยายให้เกิดการประยุกต์ใช้การสะท้อนเสียงตามทิศทางที่ใช้ในการตรวจจับวัตถุและวัดระยะทาง ซึ่งเรียกว่าการหาตำแหน่งทางเสียง (echolocation) ที่ได้รับการพัฒนาในขั้นต้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการเดินเรือ โดยหลังจากเรือ Titanic จมลงในปี 1912 Reginald A. Fessenden ชาวแคนาดา ได้จดสิทธิบัตรอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่ของโซนาร์ตัวแรกที่สร้างขึ้นในปี 1914 ซึ่งมี echolocation ( so und na vigation และranging) ใช้ตรวจจับภูเขาน้ำแข็งที่อยู่ห่างออกไป 2 ไมล์

จากนั้นในสงครามโลกครั้งที่ 1 เริ่มการพัฒนาเทคโนโลยีอัลตราซาวนด์จากการคุกคามของเรือดำน้ำเยอรมัน ซึ่งถือเป็นเครื่องต้นแบบของอุปกรณ์อัลตราซาวนด์สมัยใหม่ ในการบันทึกการตรวจจับครั้งแรกและการจมเรือดำน้ำเยอรมัน (UC-3) และนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการปกป้องขบวนรถแอตแลนติกเหนือในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ระหว่างสงคราม เทคนิคอัลตราซาวนด์ยังถูกนำมาใช้เพื่อตรวจหาข้อบกพร่องในโลหะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรือและเครื่องบิน รวมทั้งเป็นเครื่องมือวินิจฉัยทางการแพทย์ในปี 1942 

 
รูปปั้นหินอ่อนในท่ายืนของ Spallanzani  ใน Scandiano
 นักวิทยาศาสตร์สวมชุดนักบวชสมัยศตวรรษที่ 18  ถือแว่นขยายอยู่ในมือขวา ขณะตรวจดูการไหลเวียนในหลอดเลือดของกบที่มือซ้าย
ในปี 1777 Spallanzani จากการศึกษาที่สำคัญ ซึ่งอธิบายเกี่ยวกับการไหลเวียนโลหิตและการหายใจ
 เขาได้ตั้งชื่อกลุ่มสัตว์ที่ทนทานที่สุดตัวหนึ่งว่า Tardigrada (ภาษาละตินแปลว่า "เคลื่อนไหวช้า") มาจนถึงทุกวันนี้ 


SONAR –การนำทางด้วยเสียงและการการกำหนดระยะที่เหมาะสม



(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)

แสดงความคิดเห็น
Preview
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่