ค้างคาวบินในความมืดได้อย่างไร? ค้างคาว ค้างคาวเดินทางอย่างไรในถ้ำอันมืดมิด

คำแนะนำ

เกือบทุกประเภท ค้างคาวพวกมันออกหากินเวลากลางคืน ซึ่งหมายความว่าพวกมันต้องมีอวัยวะรับสัมผัสที่ปรับให้เข้ากับความมืดได้ แม้ว่าค้างคาวจะมีตาที่มองเห็นได้ในระหว่างวัน แต่พวกมันอาศัยการระบุตำแหน่งทางสะท้อนเสียงเป็นหลัก

นักวิจัยกลุ่มแรกพยายามทำความเข้าใจความสามารถของค้างคาวปิดตาและปกปิดร่างกายและปีกด้วยองค์ประกอบที่ควรทำให้ผิวไม่ไวต่อความรู้สึก แต่ค้างคาวก็ไม่มีปัญหาในการหลีกเลี่ยงอุปสรรคทั้งหมด ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใจได้ว่าหนูเคลื่อนที่ไปในอวกาศได้อย่างไร ขณะบิน ค้างคาวจะปล่อยเสียงออกมา คลื่นเสียงแล้วจับแสงสะท้อนจากวัตถุรอบๆ และสร้างภาพของโลกขึ้นมา

ค้างคาวส่งเสียงในช่วงอัลตราโซนิก ดังนั้นเราจึงไม่สามารถได้ยินพวกมันได้ แต่หนูเองก็เข้าใจกันดีมาก พวกเขามีภาษาพิเศษของตัวเองอย่างน้อย 15 พยางค์ หนูไม่เพียงแค่ส่งเสียงเท่านั้น แต่ยังร้องเพลงที่ไม่เพียงแต่ช่วยนำทางในอวกาศเท่านั้น แต่ยังทำให้สามารถสื่อสารได้อีกด้วย ด้วยเพลงของพวกเขา หนูสามารถระบุตัวตนของกันและกัน ดึงดูดตัวเมีย แก้ไขปัญหาข้อขัดแย้งเกี่ยวกับอาณาเขต และสอนลูกของพวกมัน นักวิทยาศาสตร์บางคนจัดว่าภาษาของค้างคาวมีการพัฒนาเป็นอันดับสองรองจากมนุษย์

ค้างคาวส่งเสียงดัง ดังนั้นหูของพวกมันจึงถูกปิดโดยมีฉากกั้นพิเศษขณะร้องเพลง หากธรรมชาติไม่ได้จัดเตรียมกลไกดังกล่าวไว้ หนูก็จะสูญเสียการได้ยินอย่างรวดเร็วเนื่องจากการทำงานหนักมากเกินไปอย่างต่อเนื่อง

โอวิดเล่าตำนานในตำนานที่สวยงามใน "Metamorphoses" เกี่ยวกับนางไม้ตัวน้อยที่วันหนึ่งตกหลุมรักชายหนุ่มนาร์ซิสซัสชายหนุ่มที่หล่อเหลา อย่างไรก็ตาม เขายังคงไม่แยแสกับเธอและชอบที่จะใช้เวลาทั้งหมดเอนกายลงน้ำเพื่อชมภาพสะท้อนที่สวยงามของเขา ในที่สุดเขาก็ตัดสินใจกอดรูปของตัวเอง แล้วตกลงไปในแม่น้ำจมน้ำตาย ด้วยความสิ้นหวัง นางไม้ก็คลั่งไคล้ เสียงของเธอเร่ร่อนไปทั่วทุกแห่งตอบทุกเสียงร้องในป่าและภูเขา

โอวิด นักโทษของโทมิส ไม่คิดว่าจะมีการเชื่อมโยงลับระหว่าง "เสียงสะท้อน" ของตัวอ่อนที่อ่อนโยนกับค้างคาวที่ออกหากินเวลากลางคืน

ขั้นตอนแรกดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี Lazzaro Spallanzani ซึ่งในฤดูร้อนปี พ.ศ. 2326 ได้ไปเยี่ยมชมหอระฆังของมหาวิหารในปาดัวหลายร้อยครั้งเพื่อทำสิ่งที่ยิ่งใหญ่ การทดลองที่น่าสนใจโดยมีค้างคาวแขวนอยู่เป็นกระจุกบนขอบที่เต็มไปด้วยฝุ่นของห้องนิรภัยของวิหาร ขั้นแรก เขาขึงด้ายบางๆ มากมายระหว่างเพดานกับพื้น จากนั้นเขาก็เอาค้างคาวหลายตัวออก ปิดตาพวกมันด้วยขี้ผึ้งแล้วปล่อยพวกมันไป วันรุ่งขึ้น ฉันจับค้างคาวโดยที่พวกมันหลับตา และต้องประหลาดใจเมื่อสังเกตเห็นว่าท้องของพวกมันเต็มไปด้วยยุง ดังนั้นสัตว์เหล่านี้จึงไม่จำเป็นต้องจับแมลงด้วยตา สปัลลันซานีสรุปว่าค้างคาวมีสัมผัสที่เจ็ดที่ไม่รู้จักซึ่งพวกมันใช้ในการบิน

เมื่อทราบเกี่ยวกับการทดลองของ Spallanzani นักธรรมชาติวิทยาชาวสวิส Charles Jurin จึงตัดสินใจใช้ขี้ผึ้งปิดหูค้างคาว เขาได้รับผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด: ค้างคาวไม่สามารถแยกแยะระหว่างวัตถุที่อยู่รอบ ๆ และต่อสู้กับกำแพงได้ พฤติกรรมของค้างคาวนี้สามารถอธิบายได้อย่างไร? สัตว์ตัวเล็กมองเห็นด้วยหูหรือไม่?

Georges Cuvier นักกายวิภาคศาสตร์และนักบรรพชีวินวิทยาชาวฝรั่งเศสผู้โด่งดังซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ได้รับการยกย่องอย่างสูงในยุคของเขาในสาขาชีววิทยาปฏิเสธการวิจัยของ Spallanzani และ Jurin และหยิบยกสมมติฐานที่ค่อนข้างกล้าได้กล้าเสีย Cuvier กล่าวว่าค้างคาวมีสัมผัสที่ละเอียดอ่อน ซึ่งอยู่บนผิวหนังปีกที่บางมาก มีความไวต่อความกดอากาศเพียงเล็กน้อยที่เกิดขึ้นระหว่างปีกและสิ่งกีดขวาง

สมมติฐานนี้มีอยู่ในวิทยาศาสตร์โลกมานานกว่า 150 ปี

ในปีพ.ศ. 2455 ผู้ประดิษฐ์ปืนกลอัตโนมัติ แม็กซิม หยิบยกสมมติฐานที่ว่าค้างคาวกำหนดทิศทางตัวเองโดยใช้เสียงสะท้อนที่ได้รับจากเสียงปีกของมันเอง โดยบังเอิญ เขาเสนอให้สร้างเครื่องมือบนหลักการนี้เพื่อเตือนเรือเกี่ยวกับการเข้าใกล้ของภูเขาน้ำแข็ง

Dutchman S. Dijkgraaf ในปี 1940 และนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต A. Kuzyakin ในปี 1946 แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าอวัยวะของการสัมผัสไม่ได้มีบทบาทใดๆ ในการวางแนวของค้างคาวและหนู ดังนั้นสมมติฐานที่มีอยู่มา 150 ปีจึงถูกขจัดออกไป นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน ดี. กริฟฟิน และ อาร์. กาลัมโบส สามารถให้คำอธิบายที่แท้จริงเกี่ยวกับการวางแนวของค้างคาวได้ พวกเขาใช้อุปกรณ์ตรวจจับอัลตราโซนิค พบว่าค้างคาวส่งเสียงหลายอย่างที่หูของมนุษย์ไม่ได้ยิน พวกเขาสามารถค้นพบและศึกษาได้ คุณสมบัติทางกายภาพ"เสียงร้อง" ของค้างคาว ด้วยการใส่ขั้วไฟฟ้าพิเศษเข้าไปในหูของค้างคาว นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันยังได้กำหนดความถี่ของเสียงที่รับรู้จากการได้ยินของพวกเขาด้วย ด้วยเหตุนี้ความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีจึงทำให้สามารถอธิบายหนึ่งในความลึกลับที่น่าตื่นเต้นของธรรมชาติได้ เป็นที่ทราบกันว่าจากมุมมองทางกายภาพ เสียงก็คือ การเคลื่อนไหวแบบสั่นโดยแพร่กระจายในรูปของคลื่นในตัวกลางยืดหยุ่น ความถี่ของเสียง (ดังนั้นระดับเสียงของมัน) ขึ้นอยู่กับจำนวนการสั่นสะเทือนต่อวินาที หูของมนุษย์รับรู้การสั่นสะเทือนของอากาศตั้งแต่ 16 ถึง 20,000 เฮิรตซ์ เสียงที่มนุษย์รับรู้ด้วยความถี่มากกว่า 20,000 เฮิรตซ์เรียกว่าอัลตราซาวนด์ และสามารถแสดงให้เห็นได้ง่ายมากโดยใช้แผ่นควอตซ์ที่วางอยู่ใต้แรงดันในน้ำ ในกรณีนี้ จะไม่ได้ยินเสียงของแผ่นควอทซ์ แต่ผลของการสั่นสะเทือนนั้นมองเห็นได้ในรูปแบบของกระแสน้ำวนและแม้แต่น้ำกระเซ็น การใช้ควอตซ์ทำให้สามารถสั่นสะเทือนได้สูงถึงหนึ่งพันล้านเฮิรตซ์

ปัจจุบันมีการใช้อัลตราซาวนด์กันอย่างแพร่หลาย ด้วยการใช้อัลตราซาวนด์ คุณสามารถตรวจจับรอยแตกหรือช่องว่างที่เล็กที่สุดในโครงสร้างของชิ้นส่วนโลหะหล่อได้ ใช้แทนมีดผ่าตัดในการผ่าตัดสมองโดยไม่ใช้เลือด และในการตัดและบดชิ้นส่วนที่มีความแข็งเป็นพิเศษ

ค้างคาวใช้อัลตราซาวนด์เพื่อนำทาง อัลตราซาวนด์เกิดจากการสั่นสะเทือนของสายเสียง โครงสร้างของกล่องเสียงคล้ายกับนกหวีด อากาศที่ปอดหายใจออกออกมาด้วยความเร็วสูงและส่งเสียงนกหวีดด้วยความถี่ 30,000-150,000 เฮิรตซ์ ซึ่งหูของมนุษย์ตรวจไม่พบ ความกดอากาศที่ไหลผ่านกล่องเสียงของค้างคาวมีค่าเป็นสองเท่าของแรงดันไอน้ำของหัวรถจักรไอน้ำ ซึ่งถือเป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่สำหรับสัตว์ตัวเล็ก

5-200 ปรากฏในกล่องเสียงของสัตว์ การสั่นสะเทือนของเสียงความถี่สูง (พัลส์อัลตราโซนิก) ซึ่งโดยปกติจะอยู่เพียง 2-5 ในพันของวินาที ความสั้นของสัญญาณมีความสำคัญมาก ปัจจัยทางกายภาพ: มีเพียงสัญญาณดังกล่าวเท่านั้นที่สามารถรับประกันความแม่นยำสูงของการวางแนวอัลตราโซนิก เสียงที่เล็ดลอดออกมาจากสิ่งกีดขวางที่อยู่ห่างออกไป 17 เมตร จะกลับคืนสู่ค้างคาวในเวลาประมาณ 0.1 วินาที หากระยะเวลาของสัญญาณเสียงเกิน 0.1 วินาที เสียงสะท้อนที่สะท้อนจากสิ่งกีดขวางที่อยู่ในระยะน้อยกว่า 17 เมตรจะถูกรับรู้โดยหูของสัตว์ไปพร้อมกับเสียงที่สร้างเสียงนั้น ในขณะเดียวกัน ตามช่วงเวลาที่แยกจุดสิ้นสุดของสัญญาณออกจากเสียงและเสียงสะท้อนแรก ค้างคาวกำหนดระยะทางที่แยกออกจากวัตถุที่สะท้อนอัลตราซาวนด์ นั่นเป็นสาเหตุที่เสียงบี๊บสั้นมาก

เป็นที่ยอมรับกันว่าเมื่อไม้ตีเข้าใกล้สิ่งกีดขวาง จะเพิ่มจำนวน "สัญญาณ" ในระหว่างการบินตามปกติ กล่องเสียงของสัตว์จะส่งสัญญาณเพียง 8-10 สัญญาณต่อวินาที อย่างไรก็ตาม ทันทีที่สัตว์ตรวจพบเหยื่อ การบินของมันจะเร็วขึ้น จำนวนสัญญาณที่ปล่อยออกมาจะสูงถึง 250 ต่อวินาที สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการ "สวม" เหยื่อโดยการเปลี่ยนพิกัดของการโจมตี เครื่องมือ "ระบุตำแหน่ง" ของค้างคาวทำงานอย่างเรียบง่าย และสร้างสรรค์ สัตว์จะบินโดยอ้าปากเพื่อให้สัญญาณที่มันสร้างออกมาเป็นกรวยที่มีมุมมากกว่า 90° ค้างคาวนำทางโดยการเปรียบเทียบสัญญาณที่ได้รับจากหู ซึ่งยังคงยกขึ้นตลอดการบิน เช่น การรับเสาอากาศ การยืนยันสมมติฐานนี้คือ ถ้าหูข้างหนึ่งไม่ทำงาน ไม้ตีจะสูญเสียความสามารถในการนำทางโดยสิ้นเชิง

ค้างคาวทุกตัวในอันดับย่อย Microchiroptera (ค้างคาวตัวเล็ก) ติดตั้งเรดาร์อัลตราโซนิกหลายรุ่น ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: เสียงฟี้อย่างแมว เสียงร้อง เสียงกรีดร้อง หรือหนูปรับความถี่

ค้างคาว Purring อาศัยอยู่ในพื้นที่เขตร้อนของอเมริกา และกินผลไม้และแมลงจากใบไม้ บางครั้งบุคคลอาจได้ยินเสียงครางเมื่อค้นหาคนแคระหากพวกเขาส่งเสียงที่ความถี่ต่ำกว่า 20,000 เฮิรตซ์ และค้างคาวแวมไพร์ก็มีเสียงเหมือนกัน เธอกำลังค้นหา "สูตรคับบาลิสติก" ป่าดิบชื้นชาวแอมะซอนของนักเดินทางที่เหนื่อยล้าเพื่อดูดเลือดออกจากพวกเขา

ค้างคาวสแกนที่ทำให้เกิดเสียงเรียกสแตคคาโตคือ ไรโนโลฟี หรือค้างคาวเกือกม้า ซึ่งพบได้ในเทือกเขาคอเคซัสและเอเชียกลาง พวกเขาได้ชื่อนี้เพราะรูปร่างของรอยพับรอบจมูก เกือกม้าเป็นลำโพงที่รวบรวมเสียงเป็นลำแสงที่มีทิศทาง ค้างคาวสแกนจะห้อยกลับหัว และหมุนเกือบเป็นวงกลม เพื่อศึกษาพื้นที่โดยรอบโดยใช้ลำแสงเสียงช่วย เครื่องตรวจจับที่มีชีวิตนี้ยังคงแขวนอยู่จนกว่าแมลงจะเข้าสู่สนามสัญญาณเสียง จากนั้นค้างคาวจะแทงเพื่อจับเหยื่อ ในระหว่างการล่าค้างคาวเกือกม้าจะปล่อยเสียงที่ซ้ำซากจำเจซึ่งยาวมากเมื่อเทียบกับญาติที่ใกล้ที่สุด (10-20 เสี้ยววินาที) ซึ่งความถี่จะคงที่และเท่ากันเสมอ

ค้างคาวในยุโรปและ อเมริกาเหนือสำรวจพื้นที่โดยรอบโดยใช้เสียงความถี่แบบมอดูเลต น้ำเสียงของสัญญาณและระดับเสียงที่สะท้อนจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา อุปกรณ์นี้ทำให้การนำทางด้วยเสียงก้องง่ายขึ้นมาก

ในการบิน ค้างคาวของสองกลุ่มสุดท้ายจะมีพฤติกรรมพิเศษ ค้างคาวทั่วไปจะทำให้หูไม่เคลื่อนไหวและตั้งตรง แต่ค้างคาวที่มีจมูกเกือกม้าจะขยับศีรษะอย่างต่อเนื่องและหูของพวกมันจะสั่น

อย่างไรก็ตาม บันทึกในด้านการกำหนดทิศทางนั้นมีค้างคาวที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ของอเมริกาและกินปลาเป็นอาหาร ค้างคาวตกปลาบินเกือบถึงผิวน้ำ ดำน้ำอย่างรวดเร็วและกระโดดลงไปในน้ำ ลดอุ้งเท้าของมันด้วยกรงเล็บยาวลงไปแล้วคว้าปลา การล่าสัตว์ดังกล่าวดูน่าประหลาดใจเมื่อคุณพิจารณาว่าคลื่นที่ปล่อยออกมามีเพียงหนึ่งในพันเท่านั้นที่ทะลุผ่านน้ำได้ และพลังงานเสียงก้องหนึ่งในพันจากน้ำจะส่งกลับไปยังเครื่องระบุตำแหน่งของค้างคาวด้วย ถ้าเราบวกเข้าไปอีกส่วนหนึ่งของพลังงานคลื่นจะสะท้อนอยู่ในปลา ซึ่งในนั้นจะมีเนื้ออยู่ด้วย จำนวนมากน้ำ เราคงเข้าใจได้ว่าพลังงานเพียงเล็กน้อยที่ไปถึงหูของสัตว์คืออะไร และอวัยวะเสียงของมันต้องมีความแม่นยำอย่างน่าอัศจรรย์เพียงใด นอกจากนี้เรายังสามารถกล่าวเพิ่มเติมได้ว่าคลื่นที่อ่อนมากดังกล่าวจะต้องยังคงแยกความแตกต่างจากพื้นหลังเสียงที่มีการรบกวนจำนวนมาก

การดำรงอยู่ของค้างคาวบนโลกเมื่อ 70 ล้านปีได้สอนให้พวกมันใช้ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เรายังไม่รู้จัก การตรวจจับสัญญาณที่ส่งกลับไปยังแหล่งกำเนิด ซึ่งถูกลดทอนลงอย่างมากและจมอยู่ในสัญญาณรบกวน เป็นปัญหาทางเทคนิคที่ครอบงำจิตใจของนักวิทยาศาสตร์ในระดับสูงสุด จริงอยู่ที่มนุษย์มีเครื่องตรวจจับที่น่าทึ่งโดยใช้คลื่นวิทยุที่เรียกว่าเรดาร์ซึ่งตลอดสี่ศตวรรษของการดำรงอยู่ของมันได้ทำปาฏิหาริย์โดยปิดท้ายด้วยเสียงของดวงจันทร์และการวัดวงโคจรของดาวเคราะห์ดาวศุกร์อย่างแม่นยำ . การบิน กองทัพเรือ การป้องกันทางอากาศ นักภูมิศาสตร์ นักอุตุนิยมวิทยา นักธารน้ำแข็งในทวีปสีขาวจะทำอะไรได้หากไม่มีเรดาร์ ถึงกระนั้น วิศวกรวิทยุก็ฝันถึงเรดาร์อัลตราโซนิกค้างคาว ซึ่งล้ำหน้ากว่าเรดาร์ที่มนุษย์ประดิษฐ์ขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กรู้วิธีเลือกและขยายเศษที่เหลือเล็กน้อยของสัญญาณที่ส่งไปในมหาสมุทรแห่งการรบกวน เมื่อต้องเผชิญกับสัญญาณรบกวนที่สูงมากหรือที่เรียกว่าอีเทอร์บ้า วิศวกรและช่างเทคนิคคงจะโชคดีถ้าพวกเขาใช้หลักการดักจับสัญญาณของค้างคาวได้ แม้ว่าเรดาร์ยังคงเป็นเครื่องตรวจจับที่ยอดเยี่ยมในระยะทางไกล แต่เครื่องระบุตำแหน่งค้างคาวแบบสะท้อนเสียงยังคงเป็นเครื่องมือในอุดมคติสำหรับระยะทางสั้น ๆ

ค้างคาวเป็นอย่างมาก สิ่งมีชีวิตที่ผิดปกติ. และ วิธีที่ผิดปกติการเคลื่อนไหวของพวกเขาเป็นเพียงหนึ่งในสิ่งมหัศจรรย์เกี่ยวกับพวกเขา ค้างคาวบินในความมืดสนิทโดยไม่แตะต้องอะไรเลยได้อย่างไร? นี่คือสิ่งที่เราจะพูดถึงในครั้งนี้ คำถามนี้เป็นที่สนใจและยังคงเป็นที่สนใจของนักวิทยาศาสตร์ และค้างคาวก็ยังคงสามารถเปิดเผยความลับของพวกมันให้เราทราบ และทำให้เราเข้าใกล้การเปิดเผยธรรมชาติของสมองมากขึ้น

ค้างคาวไม่ใช่นก แต่เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ลูกของพวกมันเกิดมาจากความมีชีวิตชีวาและกินนมแม่ เหล่านี้เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพียงชนิดเดียวที่เรียนรู้ที่จะบิน ค้างคาวเป็นนักล่าที่กระตือรือร้น ทุกคืนพวกมันจะกินแมลงมากเท่ากับครึ่งหนึ่งของน้ำหนักตัวของมันเอง

คำถามแรกที่นักวิทยาศาสตร์ถามเกี่ยวกับสัตว์เล็กๆ เหล่านี้คือ “ค้างคาวเดินในอวกาศได้อย่างไร” นักชีววิทยาพบคำตอบสำหรับความลึกลับนี้เฉพาะในปี 1938 ปรากฎว่าค้างคาวมีเรดาร์อะคูสติกชนิดหนึ่ง ความสามารถในการระบุตำแหน่งเสียงสะท้อน ในระหว่างการบิน พวกมันจะปล่อยสัญญาณความถี่สูงจนหูมนุษย์ไม่สามารถรับรู้ได้ เสียงสะท้อนกระเด้งออกจากสิ่งกีดขวาง และค้างคาวก็หยิบพวกมันขึ้นมาด้วยหูอันใหญ่โต ดังที่การทดลองพิสูจน์แล้ว โดยธรรมชาติและความรุนแรงของเสียงสะท้อน พวกมันไม่เพียงแต่ตรวจจับลวดที่บางที่สุดและบินไปรอบๆ มันเท่านั้น แต่ยัง "ควบคุม" แมลงที่บินเร็วอีกด้วย สมองของค้างคาวจะคำนวณทิศทางที่ถูกต้องด้วยความเร็วดุจสายฟ้า และมันจะจับเหยื่ออย่างไม่มีข้อผิดพลาด

เพื่อค้นหาว่ามีการทดลองพิเศษเกิดขึ้น ในห้องขนาดใหญ่แห่งหนึ่ง นักชีววิทยาแขวนเชือกค่อนข้างชิดกันติดกับเพดาน จากนั้นพวกเขาก็หลับตาของสัตว์ทดลองหลายตัวแล้วปล่อยพวกมันเข้าไปในห้อง ค้างคาวยังคงบินด้วยความเร็วสูงโดยไม่ชนสิ่งกีดขวาง สิ่งนี้พิสูจน์ได้ว่าพวกมันไม่ได้รับการนำทางด้วยสายตาระหว่างการบิน

จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็ปิดหูและปากแล้วปล่อยเข้าไปในห้องอีกครั้ง แต่คราวนี้พวกเขาบินด้วยความยากลำบากโดยชนเข้ากับเชือกอยู่ตลอดเวลา ดังนั้นจึงมีการค้นพบวิธีการเพื่อนำทางหนูระหว่างการบิน ขณะบินพวกมันจะส่งเสียงสูงจนหูของมนุษย์ไม่ได้ยิน คลื่นเสียงความถี่สูงเหล่านี้ซึ่งกระทบกับสิ่งกีดขวางในเส้นทางของสัตว์นั้นจะถูกสะท้อนและรับรู้โดยหูของค้างคาว ปีกของมันจะตอบสนองต่อสัญญาณเหล่านี้โดยอัตโนมัติ และสัตว์สามารถเปลี่ยนวิถีของมันได้โดยหลีกเลี่ยงอุปสรรค!

การค้นพบล่าสุดว่าค้างคาวบินและนำทางในอวกาศได้อย่างไรเกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ ในปี 2013 ด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่ ทำให้สามารถค้นพบว่าพวกเขาสามารถนำทางในอวกาศได้ด้วยแผนที่สามมิติของพื้นที่ที่เข้ารหัสในเซลล์ประสาทของสมอง ผลการศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Science

ในขั้นต้น กลไกของระบบประสาทในการวางแนวในอวกาศถูกค้นพบในสมองของสัตว์ฟันแทะธรรมดาและโดยเฉพาะหนู ต้องขอบคุณกลไกดังกล่าวที่ทำให้หนูสามารถเคลื่อนที่ได้โดยสัมพันธ์กับจุดสังเกตที่มองเห็นได้ หลังจากนั้น เซลล์ประสาทประสานงานก็ถูกค้นพบในสมองของสัตว์ฟันแทะ ซึ่งทำให้หนูสามารถสร้างสิ่งที่เรียกว่าแผนที่ภูมิประเทศได้ หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็กลับไปสู่กลไกการวางแนวเชิงพื้นที่ของค้างคาวที่เคลื่อนที่ในความมืดสนิท

มิคาอิล ยาร์เซฟ ผู้ชนะรางวัลนักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์สาขาประสาทชีววิทยาประจำปี 2013 ได้ทำการศึกษาค้างคาวอย่างประสบความสำเร็จ เขาทำงานที่สถาบันประสาทวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน งานวิจัยของเขามุ่งเน้นไปที่กลไกการเข้ารหัสข้อมูลในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในพื้นที่สามมิติ นักวิทยาศาสตร์ได้บันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทในสมองของค้างคาวที่กำลังบินอยู่ในห้องหนึ่ง ยาร์ตเซฟสามารถค้นพบเซลล์ประเภทเดียวกันในสมองของเธอที่รับผิดชอบการวางแนวในพื้นที่โดยรอบ

เซลล์ประสาทในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเป็นแผนที่ของพื้นที่ที่ช่วยให้พวกมันสามารถนำทางในอวกาศได้ ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ศึกษาเฉพาะแผนที่สองมิติเท่านั้น วัตถุใหม่ - ค้างคาว - ช่วยให้เราสามารถตรวจสอบความลับของการนำทางในอวกาศสามมิติ

“ สัตว์ทุกชนิดบนโลกของเรา - บนพื้นดิน, ใต้ดิน, ในส่วนลึกของมหาสมุทรหรือในอากาศ - ต้องมีความคิดเกี่ยวกับตำแหน่งของพวกเขาในอวกาศ พวกเขาต้องการสิ่งนี้เพื่อความอยู่รอด” Yartsev เขียน “วิธีที่สมองแก้ปัญหาการวางตำแหน่งในอวกาศถือเป็นปัญหาสำคัญประการหนึ่งในประสาทวิทยาศาสตร์”

ควรสังเกตว่าก่อนหน้านี้เล็กน้อยในสมองของหนูเมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบเซลล์ประสาทพิเศษที่ปล่อยแรงกระตุ้นทางไฟฟ้าในขณะที่สัตว์พบว่าตัวเองอยู่ที่จุดใดจุดหนึ่งในพื้นที่พวกมันถูกเรียกว่าเซลล์เพลส เซลล์ประสาทอื่นๆ เรียกว่ากริดเซลล์ ตอบสนองต่อจุดตัดของโหนดบางจุดของระบบพิกัด เซลล์ประสาทเหล่านี้จัดทำแผนที่สมองของบริเวณที่ช่วยให้สัตว์ต่างๆ นำทางได้ สิ่งแวดล้อม.

เซลล์ประสาทเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการวางตำแหน่งสัตว์ให้อยู่ในสภาพแวดล้อมของมัน อย่างไรก็ตาม ตามคำกล่าวของมิคาอิล ยาร์ตเซฟ พวกเขากำลังทำมากกว่าแค่การกำหนดจุดที่เราอยู่ในขณะนี้ ดังนั้นจึงยังคงมีให้เห็นความเข้าใจที่แม่นยำเกี่ยวกับการทำงานของเซลล์เหล่านี้

ด้วยการใช้เทคโนโลยีเพื่อบันทึกกิจกรรมของเซลล์ประสาทค้างคาวแต่ละตัวที่กำลังบินแบบไร้สาย นักวิทยาศาสตร์สามารถบันทึกกิจกรรมของระบบประสาทของเซลล์ตำแหน่งเดียวของค้างคาวที่บินอยู่ในห้องขนาด 6x5x3 เมตร และดูว่ากิจกรรมของเซลล์เหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อสัตว์เคลื่อนที่ในสามเซลล์ -พื้นที่มิติ

กลไกที่แม่นยำในการเข้ารหัสพื้นที่สามมิติในเซลล์ประสาทค้างคาวเป็นหัวข้อสำหรับการวิจัยในอนาคต คำถามสำคัญอีกข้อหนึ่งที่ถูกหยิบยกมาจากการวิจัยครั้งนี้ก็คือ การเข้ารหัสพื้นที่ 2D ถูกปรับเป็นการเข้ารหัส 3D อย่างไร ในพื้นที่ 3 มิติ เพลสเซลล์จะไวต่อการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของสัตว์เช่นเดียวกับใน 2 มิติ เทคโนโลยีสมัยใหม่ช่วยให้เราได้รับข้อมูลใหม่เกี่ยวกับวิธีการบินและนำทางของค้างคาวในอวกาศสามมิติในไม่ช้า

ค้างคาวเป็นสัตว์ขนปุยขนาดเล็กที่บินผ่านท้องฟ้าอย่างเชี่ยวชาญเมื่อค่ำลง
ค้างคาวเกือบทุกสายพันธุ์ออกหากินเวลากลางคืน พักผ่อนระหว่างวัน ห้อยกลับหัว หรือเกาะตัวอยู่ในหลุมบางชนิด

พวกค้างคาวอยู่ในอันดับ Chiroptera และประกอบขึ้นเป็นส่วนหลัก เป็นที่น่าสังเกตว่าค้างคาวอาศัยอยู่ในทุกทวีปของโลกของเรา ยกเว้นแอนตาร์กติกา

การเห็นหนูบินนั้นไม่ใช่เรื่องจริง เพราะการกระพือปีกของพวกมันแตกต่างอย่างมากจากการบินของนกและแมลง ซึ่งเหนือกว่าพวกมันในด้านความคล่องแคล่วและอากาศพลศาสตร์

ความเร็วเฉลี่ยของค้างคาวในการบินอยู่ที่ 20-50 กม./ชม. ของพวกเขา ปีกมีแปรงนิ้วยาวเชื่อมต่อกันด้วยเยื่อหนังบางแต่แข็งแรง เมมเบรนนี้ยืดได้ 4 ครั้งโดยไม่แตกหรือเสียหาย ในระหว่างการบิน หนูจะกระพือปีกอย่างสมมาตร โดยกดปีกเข้าหาตัวมันให้แน่น แน่นกว่าสัตว์บินอื่นๆ มาก ซึ่งจะช่วยปรับปรุงอากาศพลศาสตร์ในการบินของมัน

ความยืดหยุ่นของปีกทำให้ไม้ตีสามารถหมุนได้ 180 องศาทันที แทบไม่ต้องหมุนเลย ค้างคาวก็มีความสามารถเช่นกัน ลอยอยู่ในอากาศเหมือนแมลงที่กระพือปีกอย่างรวดเร็ว

Echolocation ของค้างคาว

สำหรับการปฐมนิเทศ ค้างคาวใช้การกำหนดตำแหน่งทางเสียงสะท้อนและไม่ใช่ด้วยสายตา ในระหว่างการบิน พวกมันจะส่งคลื่นอัลตราโซนิกซึ่งสะท้อนจากวัตถุต่าง ๆ รวมถึงสิ่งมีชีวิต (แมลง นก) และถูกหูจับไว้

ความเข้มของสัญญาณอัลตราโซนิกที่ส่งโดยเมาส์นั้นสูงมาก และในหลายสปีชีส์สูงถึง 110-120 เดซิเบล (รถไฟที่วิ่งผ่าน ทะลุทะลวง) อย่างไรก็ตาม หูของมนุษย์ไม่สามารถได้ยินสิ่งเหล่านั้นได้

Echolocation ช่วยให้เมาส์ไม่เพียงแต่นำทางในการบิน การหลบหลีกในป่าทึบ แต่ยังควบคุมระดับความสูงของการบิน ล่า ไล่ตามเหยื่อ และมองหาสถานที่ที่จะนอนหลับในระหว่างวัน

พวกค้างคาวมักจะนอนกันเป็นกลุ่มก็ตาม ขนาดเล็ก, พวกเขามี ระดับสูงการขัดเกลาทางสังคม

เพลงของค้างคาว

ในบรรดาสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (นอกเหนือจากมนุษย์) ค้างคาวเป็นสัตว์ชนิดเดียวที่ใช้ลำดับเสียงร้องที่ซับซ้อนมากในการสื่อสาร นี้ ฟังดูเหมือนเพลงนกแต่ซับซ้อนกว่ามาก

หมูร้องเพลงระหว่างการเกี้ยวพาราสีระหว่างชายกับหญิง เพื่อปกป้องอาณาเขตของตน จดจำกันและกัน และระบุสถานะของตนเมื่อเลี้ยงลูก เพลงถูกเผยแพร่ในช่วงอัลตราโซนิก บุคคลสามารถได้ยินเฉพาะสิ่งที่ "ร้อง" ที่ความถี่ต่ำเท่านั้น

ในฤดูหนาว ค้างคาวบางตัวจะอพยพไปยังบริเวณที่มีอากาศอบอุ่น ในขณะที่บางตัวจะใช้เวลาช่วงฤดูหนาวโดยการจำศีล

สถานภาพการอนุรักษ์ค้างคาว

ค้างคาวยุโรปทุกสายพันธุ์ได้รับการคุ้มครองโดยอนุสัญญาระหว่างประเทศหลายฉบับ รวมถึงอนุสัญญาเบิร์น (การอนุรักษ์สัตว์ยุโรป) และอนุสัญญาบอนน์ (การอนุรักษ์สัตว์อพยพ) นอกจากนี้ ทั้งหมดมีรายชื่ออยู่ใน IUCN International Red Book สัตว์บางชนิดถือเป็นสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ และบางชนิดถือว่ามีความเสี่ยง ซึ่งต้องมีการตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง รัสเซียลงนามทุกอย่าง ข้อตกลงระหว่างประเทศเพื่อปกป้องสัตว์เหล่านี้ ค้างคาวทุกสายพันธุ์ได้รับการคุ้มครองตามกฎหมายภายในประเทศด้วย บางส่วนรวมอยู่ใน Red Book ตามกฎหมายแล้ว ไม่เพียงแต่ตัวค้างคาวเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแหล่งที่อยู่อาศัยของพวกมันด้วย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นที่พักพิงด้วย จะได้รับการคุ้มครองด้วย นั่นคือเหตุผลที่ทั้งการตรวจสอบด้านสุขอนามัยหรือเจ้าหน้าที่สัตวแพทย์ไม่มีสิทธิ์ใช้มาตรการใด ๆ เกี่ยวกับการตั้งถิ่นฐานของ chiropterans ที่พบในเมืองและตามกฎหมายแล้วบุคคลไม่มีสิทธิ์ในการทำลายแหล่งที่อยู่อาศัยของอาณานิคมของหนูและ พวกหนูเอง

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับค้างคาว

1.มีการแสดงค้างคาวนานาชาติ วันหยุดนี้มีการเฉลิมฉลองในวันที่ 21 กันยายนเพื่อดึงความสนใจไปที่ปัญหาการอยู่รอดของสัตว์เหล่านี้ ในรัสเซีย วันหยุดเพื่อสิ่งแวดล้อมนี้มีการเฉลิมฉลองมาตั้งแต่ปี 2546

2. ในหนึ่งชั่วโมง ค้างคาวสามารถกินยุงได้มากถึง 600 ตัว ซึ่งเมื่อพิจารณาจากน้ำหนักของคน จะเท่ากับพิซซ่าประมาณ 20 ชิ้น

3. ค้างคาวไม่อ้วน

4. ค้างคาวร้องเพลงด้วยความถี่สูง

5. น้ำลายของค้างคาวมีสารละลายลิ่มเลือด ซึ่งสามารถนำมาใช้สร้างยาต้านความดันโลหิตและโรคหลอดเลือดสมองได้

แหล่งที่มาของงาน: โซลูชัน 4255 ฟิสิกส์ OGE 2017, E.E. คัมซีวา. 30 ตัวเลือก

ภารกิจที่ 20ความสามารถในการนำทางในอวกาศอย่างสมบูรณ์แบบของค้างคาวนั้นสัมพันธ์กับความสามารถในการเปล่งและรับ

1) คลื่นอินฟาเรดเท่านั้น

2) คลื่นเสียงเท่านั้น

3) คลื่นอัลตราโซนิกเท่านั้น

4) เสียงและคลื่นอัลตราโซนิก

สารละลาย.

ค้างคาวมักจะอาศัยอยู่ในฝูงใหญ่ในถ้ำ ซึ่งพวกมันสามารถเดินเรือได้อย่างสมบูรณ์แบบในความมืดสนิท หนูแต่ละตัวบินเข้าและออกจากถ้ำทำให้เราไม่ได้ยินเสียง หนูหลายพันตัวส่งเสียงเหล่านี้พร้อมกัน แต่ไม่ได้ขัดขวางไม่ให้พวกมันปรับตัวในอวกาศในความมืดสนิทและบินโดยไม่ชนกัน ทำไมค้างคาวถึงบินได้อย่างมั่นใจในความมืดสนิทโดยไม่ชนสิ่งกีดขวาง? คุณสมบัติที่น่าทึ่งสัตว์ออกหากินเวลากลางคืนเหล่านี้ - ความสามารถในการนำทางในอวกาศโดยไม่ต้องอาศัยการมองเห็น - มีความเกี่ยวข้องกับความสามารถในการปล่อยและจับคลื่นอัลตราโซนิก

เพื่อให้สัญญาณสะท้อนจากสิ่งกีดขวาง ขนาดเชิงเส้นที่เล็กที่สุดของสิ่งกีดขวางนี้จะต้องไม่น้อยกว่าความยาวคลื่นของเสียงที่ส่ง การใช้อัลตราซาวนด์สามารถตรวจจับวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่าที่ตรวจพบได้โดยใช้ความถี่เสียงอื่นๆ นอกจากนี้ การใช้สัญญาณอัลตราโซนิกเกิดจากการที่ความยาวคลื่นลดลง ทิศทางของรังสีจะรับรู้ได้ง่ายขึ้น และนี่เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการกำหนดตำแหน่งทางสะท้อน