James Liao ศึกษาความลึกลับของการเคลื่อนไหวของสัตว์ทะเลด้วยตาเพื่อไขคำตอบสำหรับปัญหาของมนุษย์
James Liao นักชีวกลศาสตร์และนักประสาทวิทยาจาก Whitney Laboratory for Marine Bioscience แห่งมหาวิทยาลัยฟลอริดา สืบสวนว่าสัตว์ทะเลเคลื่อนไหวอย่างไรในโลกที่คาดเดาไม่ได้ การศึกษาชีวกลศาสตร์ของปลาของเขาให้ข้อมูลเชิงลึกที่เป็นประโยชน์สำหรับเทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และสุขภาพ
เคยสงสัยไหมว่าปลาทุกตัวกระดิกหางเหมือนกันหรือไม่? หรือพวกเขารู้ได้อย่างไรว่าเมื่อใดควรไปโรงเรียนกับซ่อนอยู่หลังก้อนหินในลำธาร? เป็นคำถามแบบนี้ที่คอยปลุกฉันในตอนกลางคืน ฉันต้องการทราบว่าสัตว์ใต้น้ำเคลื่อนไหวอย่างไรและสัมผัสอย่างไร เพื่อให้เราสามารถควบคุมอัจฉริยะของการออกแบบวิวัฒนาการของพวกมันได้
เติบโตขึ้นมาในนิวยอร์กซิตี้ในฐานะลูกของผู้อพยพชาวไต้หวัน ฉันตกปลาในแม่น้ำอีสต์กับพ่อนักตกปลา ไล่ตามกบใน Prospect Park ของบรู๊คลิน และอ่านทุกอย่างเกี่ยวกับ Jacques Cousteau เมื่อฉันอายุได้แปดขวบ ฉันพูดว่า “ฉันอยากเป็นนักชีววิทยาทางทะเลเมื่อโตขึ้น” บางครั้งมันก็เกิดขึ้นอย่างนั้น ฉันเดา
ฉันรู้สึกทึ่งเสมอที่ได้เฝ้าดูสัตว์เคลื่อนตัวผ่านน้ำ และสงสัยว่าพวกมันเคลื่อนไหวอย่างไรและทำไม
ฉันได้ศึกษาทุกอย่างตั้งแต่แนวปะการังไปจนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเล เพื่อค้นหาคำตอบเกี่ยวกับบทบาทของรูปร่าง ประสาทสัมผัส และพันธุกรรมในการเคลื่อนไหว แม้ว่าแง่มุมที่น่าตื่นเต้นที่สุดในอาชีพการงานของฉันคือการเรียนรู้ที่จะเข้าใจโลกในแบบที่ปลาอาจคิด เป็นเรื่องที่น่ายินดีที่เรารู้เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตทั่วไปเช่นนี้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น การตอบคำถามที่ดูเหมือนแก้ไม่ตกว่าทำไมปลาถึงว่ายในลักษณะที่พวกมันสามารถนำไปสู่นวัตกรรมที่น่าประหลาดใจ: เทคโนโลยีใต้น้ำที่ได้รับแรงบันดาลใจจากการเคลื่อนไหวของพวกมัน ความช่วยเหลือและการรักษาสำหรับผู้บกพร่องทางการได้ยินและการมองเห็นตามประสาทสัมผัส และโครงสร้างต่างๆ เช่น เขื่อนและสะพาน ที่ออกแบบโดยคำนึงถึงปลาเป็นหลัก
ที่ฮาร์วาร์ด ฉันพิสูจน์แล้วว่าปลาท่องอยู่ใต้น้ำ ถูกต้อง ปลาสามารถโต้คลื่นได้ เมื่อเรานึกถึงปลา โดยปกติแล้วเราจะนึกภาพสภาพแวดล้อมที่คล้ายกับปลาทองในชาม ในความเป็นจริง สภาพแวดล้อมของพวกเขาเต็มไปด้วยพลังงาน ดังนั้นฉันจึงสงสัยว่าปลาว่ายในลักษณะที่สามารถใช้ประโยชน์จากความปั่นป่วนใต้น้ำได้หรือไม่
เพื่อทดสอบแนวคิดนี้ ฉันได้โรยอนุภาคสะท้อนแสงลงในถังที่ออกแบบมาเพื่อจำลองความปั่นป่วนตามธรรมชาติ ต่อไป ฉันฉายเลเซอร์ผ่านน้ำที่กำลังเคลื่อนที่เพื่อให้แสงในถังบรรจุอนุภาค ซึ่งดูเหมือนลูกโลกหิมะที่สั่นสะเทือน ขณะที่ปลาว่าย พวกมันสร้างรูปแบบการหมุนวนในอนุภาคที่มีแสง ฉันใช้กล้องวิดีโอความเร็วสูงเพื่อจับภาพและสร้างการเคลื่อนไหวใหม่ ปรากฎว่าปลาใช้ความปั่นป่วนเพื่อส่งเสริมตัวเองไปข้างหน้าในขณะที่ลดพลังงานออก คำถามที่อธิบายได้ชัดเจนนี้ เช่น เหตุใดปลาจึงว่ายตามหลังกันเมื่อพวกเขากำลังเรียนหนังสือ: พวกเขากำลังท่องไปในพลังงานรวมของกลุ่มเพื่อขับเคลื่อนไปข้างหน้าโดยใช้ความพยายามน้อยลง
การค้นพบนี้อนุญาตให้วิศวกรสร้างปลากลไกที่ผลิตกระแสไฟฟ้าเมื่อเคลื่อนที่ และสามารถแจ้งการพัฒนาเทคโนโลยีใต้น้ำในอนาคตที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานจากมหาสมุทร
กลุ่มวิจัยของฉันที่ Whitney Lab ได้ทำการศึกษาเซลล์ขนเล็กๆ บนผิวหนังของปลาที่ช่วยให้รู้สึกได้โดยไม่ต้องสัมผัส เซลล์เหล่านี้แปลเสียงและการเคลื่อนไหวจากสิ่งแวดล้อม และส่งสัญญาณไปยังสมองของปลา บอกเวลาและสถานที่ที่จะว่ายน้ำ เซลล์นั้นเหมือนกันกับเซลล์ในหูที่ช่วยให้เราได้ยิน แต่เราไม่สามารถสร้างมันขึ้นมาใหม่ได้ ไม่เหมือนกับปลา การศึกษาปลาง่ายกว่ามนุษย์ ดังนั้นเราจึงพยายามหาว่าเซลล์ขนของปลาทำงานอย่างไร เพื่อให้เราเข้าใจการสูญเสียการได้ยินของมนุษย์ได้ดีขึ้น
ตอนนี้ฉันออกไปตกปลาบินที่นิวซีแลนด์ ขณะอยู่ที่นั่น ฉันกำลังร่วมมือกับกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่กังวลว่าเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำกำลังตัดแหล่งที่อยู่อาศัยของการวางไข่ นั่นคือสิ่งที่ฉันต้องการให้มากขึ้น โดยมีอิทธิพลต่อการออกแบบโครงสร้างทางวิศวกรรม เพื่อให้พวกมันถูกสร้างขึ้นโดยคำนึงถึงสิ่งมีชีวิตใต้น้ำ มีคนควรถามปลาว่าต้องการอะไรและสนับสนุนพวกเขา
โอ้ และเพื่อตอบคำถามแรกของฉัน: เราคิดว่าปลาทั้งหมด 39,000 สายพันธุ์จะกระดิกหางเหมือนกัน
