การหาตำแหน่งที่อยู่ของวัตถุโดยใช้เสียงสะท้อน (echolocation) ในสัตว์

          คลื่นเสียงมีความสำคัญมาก อุตสาหกรรมเพลง ดนตรีทุกแนวที่เราได้ฟังนั้นล้วนเกิดมาจากศิลปินสร้างคลื่นเสียงขึ้นมาและหูของมนุษย์ก็สามารถรับฟังได้ คลื่นนั้นเราสมารถแบ่งออกได้เป็น 3 ชนิดหลักคือ คลื่นกล (mechanical waves) ซึ่งคลื่นเสียงที่เราได้ยินก็จัดเป็นคลื่นชนิดนี้ ในชีวิตประจำวันเราคุ้นเคยกับคลื่นชนิดนี้มากที่สุด คลื่นในน้ำก็เช่นกัน องค์ประกอบสำคัญของคลื่นชนิดนี้คือมันสามารถใช้กฎของนิวตันอธิบายได้และมันจำเป็นต้องมีสสารที่เป็นตัวกลาง เช่น น้ำ อากาศในการเคลื่อนที่ ยังมีคลื่นอีก 2 ชนิดคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic waves) และคลื่นสสาร (matter waves)

            เสียงดนตรีและเสียงการพูดคุยติดต่อสื่อสารของมนุษย์นั้นอยู่ในความถี่ที่มนุษย์สามารถได้ยินได้ สำหรับคนปรกติคือในช่วงความถี่ 20-20 000 เฮิรตซ์ ถ้าต่ำกว่านั้นเราเรียกว่าคลื่นใต้เสียง (infrasound) คือคลื่นที่มีความถี่ต่ำกว่าช่วงความถี่ต่ำสุดของคลื่นเสียงที่คนได้ยินคือต่ำกว่า 20 เฮิรตซ์ ถ้าคลื่นเสียงมีความถี่มากกว่าที่มนุษย์ได้ยินนั้นเราเรียกว่าคลื่นเหนือเสียง (ultrasound) ซึ่งภาพทารกในครรภ์มารดานั้นก็ใช้คลื่นความถี่ช่วงนี้เราเรียกว่าการอัลตราซาวด์ (ultrasound imaging) 


          แม้มนุษย์จะไม่สามารถได้ยินคลื่นเหนือเสียงแต่ในสัตว์บางชนิดมันมีความสำคัญมาก เช่นในค้างคาวมันใช้การหาตำแหน่งที่อยู่ของวัตถุโดยใช้เสียงสะท้อน (echolocation) เพื่อนำทางและล่าเหยื่อโดยมันปล่อยคลื่นเหนือเสียงออกมา นักวิทยาศาสตร์ชื่อ DONALD R. GRIFFIN ได้ตีพิมพ์งานวิจัยเรื่อง “Echolocation by blind men, bats and radar” ลงในวารสาร Science เมื่อวันที่ 29 ธันวาคม ค.ศ. 1944 เขาเป็นคนแรกที่เริ่มใช้คำว่า echolocation ในงานวิจัยของเขาสรุปว่า ค้างคาวสามารถบินในตอนกลางคืนที่มืดมิดได้โดยไม่ชนกับผนังถ้ำหรือสิ่งอื่นๆ รวมถึงคนตาบอดบางคนสามารถพัฒนาทักษะพิเศษหลบหลีกสิ่งกีดขวางได้โดยอาศัยการฟังเสียงสะท้อนที่เกิดขึ้นจากเสียงเท้าของตน หรือการเคาะไม้เท้านำทาง สำหรับค้างคาว R. GRIFFIN สรุปว่ามันใช้การปล่อยเสียงที่มีความถี่ 30 000-70 000 เฮิรตซ์ในการนำทางและจับแมลงต่างๆเป็นอาหาร

            ค้างคาวชอบอาศัยอยู่ในถ้ำและมักออกหาอาหารในตอนกลางคืน ถ้ำค้างคาวในประเทศไทยที่มีชื่อเสียงเช่น ถ้ำค้างคาววัดเขาวงกฏ จังหวัดลพบุรี ในช่วงใกล้มืดตอนเย็นจะมีค้างคาวจำนวนมากบินออกจากถ้ำเพื่อไปหาอาหาร เราสามารถแบ่งค้างคาวได้เป็น 2 ประเภทใหญ่คือ ค้างคาวกินแมลงและค้างคาวกินผลไม้ ค้างคาวกินแมลงนั้นมักอาศัยอยู่ในถ้ำ มันใช้ echolocation เพื่อนำทางการบินและจับแมลงเป็นอาหาร เพราะมันมักล่าเหยื่อในตอนกลางคืนหรือในถ้ำที่มืดสนิทการใช้ echolocation จึงสำคัญมาก แมลงนั้นมักออกมาในตอนกลางคืนเพราะมีนักล่าน้อยกว่าตอนกลางวัน ค้างคาวจึงได้เปรียบที่มีนักล่าคู่แข่งน้อยกว่า ค้างคาวใช้คลื่นเหนือเสียงที่ปล่อยออกมาจากกล่องเสียง (larynx) ผ่านบริเวณปาก โดยจากข้อมูลใหม่พบว่ามันมีความถี่ตั้งแต่ 14 000 ถึงมากกว่า 100 000 เฮิรตซ์ (มากกว่าในงานวิจัยของ R. GRIFFIN) โดยเมื่อเสียงสะท้อนกับผนังถ้ำหรือแมลงต่างๆมันจะสะท้อนกลับมายังหูที่ตั้งสูงและแผ่นหนังพิเศษช่วยในการรับคลื่นเสียง โดยค้างคาวจะแปรผลจากริ้วรอยแทรกสอดของคลื่นที่สะท้อนกลับมา           แต่จากงานวิจัยใหม่พบว่าผู้ถูกล่าบางชนิดก็มีวิวัฒนาการเพื่อรับมือจาก echolocation ของค้างคาวเช่นกันในงานวิจัยของ Jesse R. Barber และ Akito Y. Kawahara ตีพิมพ์บทความลงเรื่อง “Hawkmoths produce anti-bat ultrasound” ลงในวารสาร Animal behavior เดือนสิงหาคม ค.ศ. 2013 พบว่าผีเสื้อกลางคืนชนิดหนึ่งที่ชื่อว่า hawkmoth นั้นสามารถสร้างคลื่นเหนือเสียงเพื่อมาต่อต้านระบบ echolocation ของค้างคาวทำให้ไปรบกวนโซนาร์ชีวะ (biosonar) และทำให้ค้างคาวสะดุ้งตกใจ นี่แสดงให้เห็นถึงการแข่งขันทางด้านวิวัฒนาการของทั้งผู้ล่าและผู้ถูกล่า


          การได้ดูสารคดีสัตว์โลกในโทรทัศน์ หรือการได้อ่านงานวิจัยต่างๆเหล่านี้แล้วพบว่าวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบางชนิดได้สร้างคุณสมบัติพิเศษแสนมหัศจรรย์ น่าศึกษาทำความเข้าใจเรียนรู้เป็นอย่างยิ่ง 

 

อ้างอิง
 

• Griffin, D. R. (1944). Echolocation by blind men, bats and radar. Science, 100(2609), 589-590. 
• Barber, J. R., & Kawahara, A. Y. (2013). Hawkmoths produce anti-bat ultrasound. Biology letters, 9(4), 20130161.
• echolocation.  (2015). Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Ultimate Reference Suite.  Chicago: Encyclopædia Britannica.