http://update.se-ed.com     หน้าแรก    ฉบับก่อน      แนะนำ     ติดต่อเรา     สมาชิก     ซีเอ็ด      

ฉบับ 227 สิงหาคม 2549 ประจำฉบับ   o บอกกล่าว   o จดหมายถึงบ.ก.   o มองโลก   o มองไทย   o Space Hotline   o คุยกับชัยคุปต์   o นักวิทย์รุ่นเยาว์   o ประลองปัญญา   o เรื่องจากปก   o บทความ/สารคดี โปรดแจ้ง E-Mail ของคุณ เพื่อรับจดหมายข่าว Subscribe     Unsubscribe   Powered by YourMailinglist Provider.com

บทความวิทยาศาสตร์ #227                 เกิดมาวิ่ง  การนำนกกระจอกเทศไปทดสอบการเคลื่อนไหวบนลู่วิ่งออกกำลังกาย แล้วสร้างภาพจำลองบนคอมพิวเตอร์ อาจช่วยมนุษย์หาคำตอบได้ว่า บรรดาสัตว์ต่างๆ หรือแม้แต่ไดโนเสาร์เคลื่อนที่อย่างไร          ซาตานส่งเสียงคำราม ก้มหัวต่ำลง และดวงตาสีดำทั้งคู่ก็จับจ้องอยู่กับภาพสะท้อนของตัวเองในกระจกที่วางตั้งห่างออกไปสามเมตร มันวิ่งด้วยความเร็วเกือบ 30 กิโลเมตรต่อชั่วโมง โดยแทบจะไม่วอกแวกหรือถูกรบกวนจากอากาศร้อน กลิ่นเหม็นอย่างรุนแรงของสิ่งปฏิกูล หรือเสียงดังสนั่นหวั่นไหวจากลู่วิ่งออกกำลังกายน้ำหนักสี่ตันที่อยู่ข้างใต้ตัวของมัน ซาตานกางปีกสีดำออก ขนกระพือไปมาอย่างน่าตื่นเต้น ในขณะที่ภาพการเคลื่อนไหวของขายาวสีขาวของมันก็ไม่ชัดเจนเนื่องจากการวิ่งด้วยความเร็วสูง         เป็นเรื่องดีที่กล้องอินฟราเรดสามารถจับภาพจากตัวสะท้อนการสะบัดที่ติดตั้งอยู่ตรงข้อต่อห้าจุดบนร่างกายของซาตานได้ เป็นเรื่องดีที่มันไม่พยายามจะกินอุปกรณ์เหล่านี้ และเป็นเรื่องดีที่มันไม่เหมือนกับ เอริก ซึ่งยืนไซ้ขนอยู่ตรงมุมห้อง ไม่ยอมวิ่งแล้วหยุดนิ่งอยู่บนลู่วิ่ง จนชนเข้ากับ นิโคลา สมิต ที่ยืนนิ่งอยู่ข้างหลัง        และซาตานนั้นก็เป็นนกกระจอกเทศที่ดีมาก สมิตซึ่งกำลังเรียนปริญญาเอกด้านชีวกลศาสตร์อยู่ที่ราชวิทยาลัยสัตวแพทย์ เมืองแฮตฟิลด์ สหราชอาณาจักร กล่าวว่า “เมื่อตอนที่ซาตานยังเล็กๆ อยู่นั้น ดูเหมือนว่ามันจะเป็นอันตรายต่อนกกระจอกเทศตัวอื่นๆ แต่กลับกลายเป็นว่ามันอาจจะเป็นนกทดลองที่ดีที่สุดของเรา มันวิ่งบนลู่วิ่งได้อย่างน่าตื่นตาตื่นใจมาก และเราก็รู้สึกผิดเล็กน้อยที่เรียกชื่อของมันว่าซาตาน”         บางคนอาจสงสัยว่าทำไมสมิตกับฝูงนกของเธอที่เลี้ยงไว้ 15 ตัว จึงเลือกที่จะทำให้ชีวิตตกอยู่ในความเสี่ยงอันตรายด้วยการศึกษาการเคลื่อนที่ของนกกระจอกเทศ แน่นอนที่เนื้อของมันใช้ทำเบอร์เกอร์ได้ดี แต่นี่คือสิ่งที่เราต้องการรู้จากบรรดานกกระจอกเทศจริงหรือ?         ในขณะที่สถิติความเร็วด้วยการวิ่งสองขานั้นเป็นสิ่งเชิดหน้าชูตา และเป็นเสน่ห์ของนกกระจอกเทศ พวกมันก็ยังเป็นสิ่งมีชีวิตที่ดีที่สุดที่จะสอนพวกเราเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของสัตว์สองชนิดที่แตกต่างกันอย่างมาก นั่นคือ มนุษย์และไดโนเสาร์ นกกระจอกเทศเป็นสัตว์สองขาที่ใหญ่ที่สุดที่มีความสัมพันธ์กับสัตว์ซึ่งมีชื่อเสียงในทางไม่ดี นั่นคือ ไทรันโนซอรัส การศึกษาภาพรวมและรายละเอียดของกายวิภาคหรือโครงสร้างร่างกายของพวกมันจะช่วยให้นักสร้างแบบจำลองในคอมพิวเตอร์คืนชีพให้กับซากโครงกระดูกฟอสซิล และแยกแยะได้ว่า จริงๆ แล้ว ไทรันโนซอรัส หรือ ที. เร็กซ์ นี้ เดินเคลื่อนไหวไปทั่วป่าในยุคครีเทเชียสได้อย่างไร         เมื่อวัดความสูงราวๆ สองเมตร และน้ำหนักประมาณ 100 กิโลกรัม ของนกกระจอกเทศแล้ว สัดส่วนของมันนั้นใกล้เคียงกับมนุษย์มากการศึกษาเปรียบเทียบกันจะสามารถทดสอบข้อสนับสนุนและโต้แย้งเกี่ยวกับความแตกต่างในการเดินสองขาของมนุษย์เรากับนกกระจอกเทศได้ และเรียนรู้วิธีการที่ดีขึ้นในการรักษามนุษย์เราซึ่งบาดเจ็บ สตีเฟน เกตซี่ ผู้เชี่ยวชาญการเคลื่อนที่ของสัตว์จากมหาวิทยาลัยบราวน์ เมืองโพรวิเดนซ์ มลรัฐโรดไอแลนด์ สหรัฐอเมริกา กล่าวว่า “เรารู้มากมายว่ามนุษย์เคลื่อนที่ได้อย่างไรไม่ว่าท่าทางการเดินอย่างปกติและไม่ปกติ ทั้งเด็กและผู้ใหญ่ แต่สิ่งที่เราขาดนั้นก็คือ ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับภาพที่ได้สัดส่วนเหมือนตาเห็น”         ในความเป็นจริง ลักษณะข้อพับขาของนกกระจอกเทศแตกต่างจากมนุษย์เป็นอย่างมาก กระดูกต้นขาของมันนั้นวางตัวอยู่ในแนวนอนและซ่อนอยู่ภายใต้ขนยุ่งเหยิงรูปทรงร่ม และกระดูกขาส่วนที่เหลือก็ยื่นยาวออกมาหลอมรวมกันเป็นส่วนขาที่สามารถเดินก้าวยาวๆ ได้อย่างรวดเร็ว ขาทั้งหมดนั้น ตั้งอยู่อย่างสมดุลบนนิ้วเท้าที่แข็งแรงสองนิ้ว         โจนัส รูเบนสัน จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐเวสเทิร์นออสเตรเลีย เมืองครอว์เลย์ หวังว่า เมื่อรู้ว่านกกระจอกเทศจัดการกับแรงกระแทกบนข้อต่อของมันได้อย่างไร เขาก็จะรู้ว่าเหตุใดการบาดเจ็บของหัวเข่าถึงเป็นเรื่องปกติของมนุษย์ และอาจได้เรียนรู้ว่าจะผ่าตัดฟื้นฟูเนื้อเยื่อที่ฉีกขาดเพื่อให้เกิดความมั่นคงแข็งแรงดีขึ้นได้อย่างไร         และรูเบนสันก็ยังต้องการรู้ว่า พลังงานที่มนุษย์และนกกระจอกเทศ ใช้ในการวิ่งมีปริมาณเท่าไร นอกจากนี้เขายังฝึกฝูงนกกระจอกเทศให้วิ่งบนลู่วิ่งด้วยเช่นกัน แต่เขาไม่โชคดีเท่ากับสมิต ซึ่งมีลู่วิ่งขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาสำหรับศึกษาม้าแข่ง รูเบนสันต้องศึกษาการวิ่งของนกกระจอกเทศด้วยลู่วิ่งที่ออกแบบมาสำหรับมนุษย์ และขณะที่เขาใช้เวลานานในการออกแบบผ้าประคองสำหรับนกกระจอกเทศ เพื่อป้องกันนกขนาดยักษ์นี้วิ่งกระแทกเท้าอย่างรุนแรงและรวดเร็ว เขาก็พบความจริงว่า “มีโอกาสเป็นไปได้ที่รอยเท้าบนสายพายลู่วิ่งนั้นไม่ปรากฏออกมาชัดเจน”         รูเบนสันพบว่านกกระจอกเทศเคลื่อนที่โดยใช้พลังงานน้อยกว่ามนุษย์มาก สิ่งสำคัญอยู่ที่ขาของมันนั้นทำหน้าที่คล้ายกับขดสปริง เมื่อเท้าของมันกระทบกับพื้น ข้อต่อนิ้วเท้าก็จะโค้งงอและทำให้กลุ่มเส้นเอ็นยาว 80 เซนติเมตร ที่ด้านหลังของขาถูกยืดออก และก็เหมือนกับขดลวดสปริงที่ถูกดึงยืดออก  พลังงานทั้งหมดที่สะสมจากการยืดเส้นเอ็นจะถูกปลดปล่อยออกมาเมื่อยกเท้าขึ้นจากพื้น ซึ่งหมายความว่า พวกมันยกตัวขึ้นจากพื้นด้วยพลังงานที่น้อยมาก สำหรับมนุษย์นั้น ขณะวิ่งเราสามารถเก็บพลังงานไว้ในเอ็นร้อยหวายได้ แต่ประสิทธิภาพไม่ค่อยดีนัก         การใช้พลังงานอย่างประหยัดเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับสัตว์ที่มีขนาดใหญ่ เพราะถ้าน้ำหนักตัวของพวกมันเพิ่มขึ้น ก็เป็นเรื่องยากที่จะเก็บพลังงานไว้ในกล้ามเนื้อให้ มากพอที่จะเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็ว และเป็นเรื่องสำคัญเป็นพิเศษสำหรับนกกระจอกเทศ ซึ่งจะต้องวิ่งหนีเสือชีต้าที่หิวกระหายในทุ่งหญ้าแอฟริกา         แต่นกกระจอกเทศก็ไม่ได้เป็นแค่เจ้าแห่งการวิ่งเท่านั้น มันยังเป็นสัตว์ที่เติบโตอย่างรวดเร็วมากจนน่ากลัวอีกด้วย ในเวลาหนึ่งเดือน มันโตสูงขึ้นมากกว่า 30 เซนติเมตร มีน้ำหนักเพิ่มขึ้นถึง 70 กิโลกรัมเป็นอย่างน้อย และมันสามารถโตเต็มที่ได้ภายในครึ่งปีเท่านั้น ซึ่งการศึกษาทางชีวกลศาสตร์เป็นทางเลือกในการติดตามศึกษาผลกระทบของขนาดร่างกายในสัตว์แต่ละชนิด และเป็นสิ่งสำคัญในการขยายผลการทดลองให้สอดคล้องกับกระดูกขนาดใหญ่ของไดโนเสาร์         ดังนั้นในทุกๆ สัปดาห์ ประตูคอกนกกระจอกเทศของสมิตก็จะเปิดออกให้ฝูงสัตว์สูงโย่งนี้วิ่งไปตามอุโมงค์ต่างๆ ในชนบทของอังกฤษ ที่นั่นบรรดานกเหล่านี้จะถูกฝึกให้วิ่งบนแท่นหรือทางที่กำหนด ซึ่งจะวัดแรงกระแทกและเวลาที่สัมผัสพื้นในแต่ละก้าว เมื่อถูกฝึกจนเก่งแล้ว พวกมันก็จะถูกนำมาวิ่งบนลู่วิ่งเช่นเดียวกับซาตาน         ถึงแม้ว่าลู่วิ่งและแท่นทางบังคับวิ่งจะเป็นหัวใจสำคัญของงานวิจัยการ เคลื่อนไหว แต่ก็ยังไม่ใช่เครื่องมือที่สมบูรณ์แบบ บรรดาสัตว์ที่ถูกบังคับให้วิ่งอยู่บนลู่วิ่งอาจจะวิ่งหรือเดินอย่างผิดปกติ และอาจจะต้องวิ่งเป็นสิบๆ ครั้ง เพื่อให้ได้ข้อมูลหรือค่าผลการทดลองที่ดี เพราะว่าไม่ว่านกกระจอกเทศอยากจะวิ่งบนลู่วิ่งหรือไม่ การวิ่งหรือการเดินก้าวอย่างยาวๆ ของมันก็มักจะผิดพลาดจากจุดที่กำหนดอยู่บ่อยๆ         นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมสมิตและ อลัน วิลสัน ซึ่งเป็นหัวหน้าของเธอ มีความหวังเป็นอย่างมากที่จะมัดเครื่องจีพีเอสขนาดเท่ากำปั้นติดบนหลังของฝูงนกที่วิ่งเรียงตามกัน โดยมีเครื่องวัดความเร่งผูกติดอยู่ที่ข้อเท้า อุปกรณ์เหล่านี้จะสามารถวัดความเร็วและแรงกระแทกพื้นของการวิ่งตามธรรมชาติ ถ้าทุกอย่างเป็นไปตามแผน สมิตก็จะได้ข้อมูลที่สมบูรณ์ของการเคลื่อนไหว ข้อต่อ สมรรถนะของเส้นเอ็นและกล้ามเนื้อที่แปรเปลี่ยนไปตามความเร็วและน้ำหนักตัว และข้อมูลทั้งหมดนี้จะทำให้ จอห์น ฮัตชินสัน นักสร้างแบบจำลองการเคลื่อนไหวของไดโนเสาร์ จากราชวิทยาลัยสัตวแพทย์ดีใจและอยากได้เป็นอย่างมาก         ฮิตชินสันกล่าวว่า “คุณสามารถสร้างแบบจำลองในคอมพิวเตอร์สำหรับสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้วให้ แสดงอะไรก็ได้ทุกอย่าง คุณสามารถแสดงให้เห็นว่า ที. เร็กซ์ กระโดดข้ามสิ่งกีดขวางที่สูงมากๆ ได้อย่างไร แต่ถ้าแบบจำลองนี้ใช้ได้กับสัตว์ที่ยังมีชีวิตอยู่จริงเท่านั้น มันก็ไม่มีประโยชน์” ใน พ.ศ. 2545 ฮัตชินสันสร้างแบบจำลองที่คาดว่า ที. เร็กซ์ อาจจะไม่สามารถเคลื่อนไหวได้มากกว่าการเดินอย่างเร็วๆ เพราะว่ามวลกล้ามเนื้อที่จำเป็นนั้นไม่สามารถสนับสนุนหรือแบกรับร่างกายของมันได้ แต่แบบจำลองที่บอกเป็นนัยว่า ที. เร็กซ์ ที่ยังเป็นหนุ่มเป็นสาวซึ่งน้ำหนักเบากว่า อาจจะคล่องแคล่วมากกว่าตัวพ่อแม่ที่มีน้ำหนักประมาณหกตัน ข้อมูลต่างๆ ที่เพิ่มขึ้นเป็นเหมือนตัวต่อที่อาจช่วยให้สมิตแก้ไขปัญหาต่างๆ ของแบบจำลองได้มากกว่าเดิม         แบบจำลองสามมิติที่ฮัตชินสันใช้งานทุกวันจะช่วยทำให้สมิตเห็นภาพภายในบนขาของบรรดานกกระจอกเทศ และทำให้สามารถเน้นการศึกษาไปที่กิจกรรมของกลุ่มกล้ามเนื้อเพียงกลุ่มเดียว เช่น จากการสแกน ฮัตชินสันจะสามารถสร้างภาพแบบจำลองของซาตานที่กำลัง วิ่งอยู่ในจอคอมพิวเตอร์ และสมิตก็จะเห็นว่ากล้ามเนื้อกลุ่มไหนและเส้นเอ็นใดที่มีความสำคัญต่อความเร็วหรือมุมของการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกัน และเธอก็จะบอกได้ว่า กายวิภาคหรือโครงสร้างร่างกายแบบใดที่จะให้ประสิทธิภาพดีที่สุดในการเคลื่อนที่         ขณะที่ศักยภาพของการใช้งานโปรแกรมแบบจำลองขยายกว้างออกไป จากการสร้างภาพเคลื่อนไหวของสัตว์ที่สมจริงมากขึ้นไปสู่การปรับปรุง การดูแลรักษา ฟื้นฟูสมรรถภาพของม้าที่ป่วยหรือบาดเจ็บ ฮัตชินสันกล่าวด้วยสายตาที่ยืนยันความคิดว่า “เราไม่ได้ทำงานนี้เพื่อสร้างหุ่นยนต์นกกระจอกเทศที่สามารถไปดาวอังคารได้ เราเพียงแค่ต้องการที่จะ เข้าใจว่า บรรดาสัตว์ต่างๆ เคลื่อนที่ได้อย่างไร ซึ่งคุณก็ไม่เคยรู้มาก่อน เหมือนกัน” แปลและเรียบเรียงจาก Born to run, New Scientist, 25 December 2004-1 January 2005                                                โดย... สันติพงษ์ ปิตตุภักดิ์ พบกับเรื่องนี้ได้ที่ : http://update.se-ed.com/227/born2run.htm กลับไปหน้าบทความ/สารคดี   UpDATE นิตยสารรายเดือน ราคาฉบับละ 75 บาท http://update.se-ed.com อัตราสมาชิก 12 ฉบับ 825 บาท จัดพิมพ์โดย บริษัท ซีเอ็ดยูเคชั่น จำกัด(มหาชน) อาคารเนชั่นทาวเวอร์ ชั้น 19 เลขที่ 46/87-90 ถ.บางนา-ตราด แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทร.0 2739 8111 โทรสาร 0 2739 8228 E-mail : update@se-ed.com