วิทย์ประถม: กล้องรูเข็มและวิวัฒนาการของตา

ผมไปทำกิจกรรมวิทย์กับเด็กประถมที่ศูนย์การเรียนปฐมธรรมมาครับ เด็กๆหัดคิดแบบวิทย์โดยพยายามอธิบายมายากล ได้เห็นว่าตาของสัตว์มีหลากหลายแบบ เห็นตาของหอยงวงช้าง (หอยนอติลุส) ที่ไม่มีเลนส์แบบตาของเรา แต่เป็นรูที่น้ำเข้าได้ ทำงานแบบกล้องรูเข็มที่เรามาเล่นกันวันนี้ เด็กประถมปลายได้เริ่มรู้จักขบวนการวิวัฒนาการ

(อัลบั้มบรรยากาศกิจกรรมอยู่ที่นี่ ส่วนลิงก์รวมทุกกิจกรรมอยู่ที่นี่นะครับ)

ก่อนอื่นเด็กๆได้ดูมายากลในคลิปนี้ครับ เด็กๆดูกลก่อนแล้วพยายามอธิบายก่อนเฉลย คราวนี้เรื่องสะกดจิตให้แขนแข็งแรง:

กิจกรรมนี้ฝีกเด็กๆให้คิดแบบวิทยาศาสตร์ มีการสังเกต การตั้งสมมุติฐานเพื่ออธิบายสิ่งที่สังเกตมา การตรวจสอบสมมุติฐานกับข้อมูลที่สังเกตมา การตั้งสมมุติฐานใหม่เมื่อสมมุติฐานเดิมขัดกับข้อมูล นอกจากนี้เราพยายามให้เด็กๆมีความกล้าคิดและออกความเห็น และหวังว่าเมื่อโตไปจะไม่ถูกหลอกง่ายๆครับ

จากนั้นเราคุยเรื่องตากันต่อจากสัปดาหที่แล้ว (วิทย์ประถม: แบบจำลองของดวงตา, เลนส์นูนเลนส์เว้า) เด็กๆได้เห็นความหลากหลายของตาแบบต่างๆของสัตว์:

เด็กประถมปลาย ได้ดูคลิปอธิบายการวิวัฒนาการของตา จากเซลล์ที่รับแสงได้อยู่บนผิวแบนๆรู้แต่ว่ามืดและสว่าง กลายเป็นเซลล์รับแสงอยู่ในรอยบุ๋มลงไปที่รับรู้ทิศทางของแสง จนกระทั้งเป็นตาแบบกล้องรูเข็มและตาที่มีเลนส์อยู่ด้านหน้าแบบตาพวกเราที่สามารถมองเห็นภาพได้ครับ:

ภาพนี้จาก https://en.wikipedia.org/wiki/Evolution_of_the_eye แสดงให้เห็นว่าตาแบบต่างๆมีความสามารถในการมองแบบต่างๆกัน:

ในภาพข้างบน สีเหลืองคือเซลล์รับแสง คือถ้ามีแสงมาตกที่เซลล์มันจะส่งสัญญาณไปตามเส้นประสาทไปที่สมองว่ามีแสงมาตกตรงนี้ ในภาพ a ตาแบบนี้มีเซลล์เรียงอยู่เป็นแผ่นแบนๆดังนั้นจะรับแสงได้ว่าสว่างหรือมืด แต่จะไม่เห็นภาพอะไรชัดเจน ภาพ b เซลล์รับแสงอยู่ในแอ่งลงไป จะดีกว่าแบบ a ตรงที่เริ่มจับทิศทางว่าแสงหรือเงาอยู่ทิศทางไหน ตัวอย่างตาแบบนี้คือหนอนแบนตัวเล็กที่เรียกว่าพลานาเรียน (Planarian ถ้ามากกว่าหนึ่งตัวเรียกว่าพลานาเรีย Planaria)

ตัวพลานาเรีย

ภาพ c และ d แอ่งลึกลงไปและรูรับแสงมีขนาดเล็กเหมือนกล้องรูเข็ม ตาแบบนี้จะเริ่มเห็นภาพแต่ภาพจะมืดๆเพราะแสงเข้าไปได้น้อย ภาพ c จะไม่มีอะไรปิดรูรับแสง หอยงวงช้าง (Nautilus) จะมีตาแบบนี้ ภาพ d จะมีเยื่อใสๆปิดกันน้ำกันฝุ่นและมีของเหลวอยู่ภายในตา

หอยงวงช้างนอติลุสครับ สังเกตตามันที่มีรูเล็กๆเหมือนรูเข็ม
ตาหอยงวงช้างครับ

งูบางชนิดจะมีรูรับแสงอินฟราเรด (คลื่นความร้อน) ทำหน้าที่เหมือนตาแบบรูเข็มสำหรับล่าเหยื่อเลือดอุ่นในที่มืดด้วยครับ

รูรับแสงอินฟราเรดของงูเหลือมและงูหางกระดิ่งครับ (ภาพจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Infrared_sensing_in_snakes):

งูมีอวัยวะที่ใช้ “มอง” คลื่นความร้อนหรือแสงอินฟราเรดที่เรามองไม่เห็นครับ มันเลยล่าสัตว์เลือดอุ่นในที่มืดได้

ภาพ e และ f คือตาที่มีเลนส์รวมแสงแทนที่จะเป็นรูเล็กๆ จะเห็นภาพได้ชัดและสว่างกว่า แบบ f มีม่านตาคอยขยายหรือหุบเพื่อปรับปริมาณแสงที่เข้าไปในตาด้วยครับ ตาของคนและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเป็นแบบ f

พวกเราเล่นกล้องรูเข็มซึ่งทำงานเหมือนกับตาของหอยงวงช้าง ผมให้เด็กๆดูรูปนี้:

แล้วบอกว่าสมมุติว่ากล่องสี่เหลี่ยมนั้นคือตาของหอยงวงช้าง มีรูเล็กๆอยู่ข้างหนึ่ง และมีแผงเซลล์รับแสงอยู่ด้านตรงข้าม แสงที่ตกกระทบวัตถุ(รูปต้นไม้หัวตั้ง)จะสะท้อนจากวัตถุและแสงส่วนหนึ่งก็วิ่งผ่านรูเล็กๆแล้วไปตกที่เซลล์รับแสง แล้วเซลล์รับแสงก็จะส่งสัญญาณไฟฟ้าไปให้สมองแปลผล รูยิ่งเล็กเท่าไรแสงก็เข้าได้น้อยเท่านั้น แต่แสงที่วิ่งผ่านในแต่ละทิศทางจะไม่ปนกับแสงจากทิศทางอื่นๆ ทำให้แสงที่ตกบนแผงเซลล์รับแสง(รูปต้นไม้กลับหัว-กลับซ้ายขวา)มีความคมชัด ไม่เบลอจากการผสมของแสงจากหลายๆทิศทาง ข้อเสียก็คือตาที่เป็นรูเล็กๆต้องการแสงสว่างมากๆ ถ้าแสงภายนอกน้อย แสงก็ผ่านรูน้อย ตาก็มองไม่เห็น ถ้าจะให้ตาไวแสง รูก็ต้องใหญ่ขึ้นให้แสงผ่านมากขึ้น แต่แสงที่วิ่งเข้ามาก็ปนกับแสงจากทิศทางใกล้ๆกันมากขึ้น ทำให้ภาพที่ตกที่แผงเซลล์รับแสงไม่คมชัด

จากนั้นผมก็เอากล้องรูเข็มสองแบบมาให้เด็กๆเล่นกัน วิธีทำดังในคลิปนี้ครับ:

Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.