كيف ينجح خفاش صغير جدًا في الانقضاض بسرعة في ظلامٍ دامس واصطياد حشرة صغيرة وهو يطير؟
بينما تكون العيون في رؤوس الطيور الجارحة الليلية هي السائدة وتشير إلى وجود حاسة بصر متطورة، فإن خفافيش الحشرات تمتلك عيونًا صغيرة نسبيًا. كيف تنجح في فعل ذلك؟ لعل العيون الصغيرة ذات قدرة بصرية متطورة بشكل خاص؟

لازارو سبالانتساني (ˈladdzaro spallanˈtsaːni) كان قسًا كاثوليكيًا وعالم وظائف أعضاء وعالم أحياء أسهم كثيرًا في علوم الحياة. وكان من أوائل من دحضوا فكرة التكوّن المسبق، ومن بين أمور أخرى أجرى في عام 1790 تجربة تمثل بداية الطريق إلى فك سرّ الخفافيش. صمّم سبالانتساني غرفة مشدودًا فيها العديد من الأسلاك. وأطلق خفافيش معصوبة العينين لتطير في أرجاء الغرفة، وفحص كيف تتعامل مع العائق، وخلص إلى أنه حتى عندما تُعطَّل العينان فإنها تنجح في تفادي الأسلاك، أي: إنها لا تعتمد على حاسة البصر في التوجّه.

مرت سنوات طويلة حتى تم حل اللغز، وذلك بالطبع بفضل الحروب والأمريكيين. ففي القرن العشرين طُوِّرت تقنيات أتاحت فكّ سر الخفافيش، وفي عام 1944 صاغ عالم حيوان أمريكي، البروفيسور دونالد غريفين، مصطلح "تحديد الموقع بالصدى". يتبين أن الخفافيش تستخدم موجات صوتية عالية جدًا، غالبًا أعلى مما نستطيع سماعه، من أجل التوجيه والصيد والتواصل. وهي تُنتج الموجات فوق الصوتية في الحنجرة وتبثها إلى الخارج عبر الفم أو الأنف. والموجات التي تصطدم بجسم ما تعود إلى الخفاش، وعلى أساسها يركّب الخفاش 'صورة' للبيئة المحيطة. وفي الواقع يمكن القول إن الخفافيش "ترى بالأذنين" كما يصف ذلك د. بروك فنتون (Brock Fenton, Phd) . على موقع جامعة بريستول عرض تفاعلي لتحديد الموقع بالصدى. وفيما يلي تُعرض مفاهيم أساسية جدًا، وشرحها ضروري لقراءة المزيد من المحتويات في الموقع. وبما أن صفحات الأنواع تذكر ترددات الصوت كثيرًا، فمثلًا، فمن البديهي أن يُشرح مفهوم "التردد". ومع ذلك، اكتفينا بوصفٍ تبسيطي إلى حد كبير: من يرغب فبإمكانه الرجوع إلى مصادر إضافية - على الشبكة وفي الأدبيات، المذكورة في صفحة الروابط.

يُخصَّص النقاش في هذا الفصل للخفافيش، لكن تحديد الموقع بالصدى معروف أيضًا في مجموعات أخرى من عالم الحيوان، منها الثدييات البحرية. وقد تطورت القدرة في كل مجموعة بما يتناسب مع حياة الأنواع والبيئة التي تعيش فيها. ورغم أن البشر، في الغالب، لا يستخدمون الصوت وسيلةً للتوجّه، فالفيديو التالي مثال على ذلك:

لا تقتصر المعلومات التي تستخلصها الخفافيش من موجات الصوت على المسافة إلى جسم الهدف. فالخفافيش قادرة على تمييز تفاصيل كثيرة في الفضاء وتشكّل صورة معقدة إلى حد كبير. وبينما يتاح قياس المدى إلى الهدف عبر قياس الزمن المنقضي منذ لحظة إرسال الموجة حتى عودتها، فإن التحدي أكبر فيما يتعلق بالاتجاه، ولا سيما مع الأخذ في الاعتبار صغر أبعاد الخفافيش: فإن فروق الزمن بين استقبال الإشارة في الأذنين صغير جدًا.

موجات صوتية
يمكن وصف الموجات الصوتية بأنها انتشار "موجات ضغط" في الفضاء، ويتغير حركتها وفقًا للوسط الذي تنتقل فيه. ومن المفاهيم التي تُسمع كثيرًا في سياق رصد الخفافيش التردد، والذي يمكن قياسه بفضل الخاصية الدورية للصوت: الزمن الذي تستغرقه دورة موجية.
وحدة قياس التردد هي الهرتز (Hz). تستخدم الخفافيش أصواتًا عالية جدًا، لذلك سنستخدم الكيلو (=1000) هرتز (KHz). الرسم المرفق ثنائي الأبعاد، شديد التبسيط، ومقصود به توضيح المفاهيم المذكورة.