每秒啄木14次,晃头速度超过音速,啄木鸟为啥不会脑震荡?

2022年12月07日13:39:03 科学 1387

啄木鸟每天“笃笃笃”地啄个不停,头部晃动的速度比声音在空气中传播的速度还快,啄木频次最快能达到每秒14次。

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不仅如此,啄木鸟还能在啄穿虫洞发现虫子时,马上停下来,这给它头部带来的反作用力,相当于航天员乘坐火箭起飞时,所承受的压力的250倍。

如果换成是人类,这一系列操作绝对是致命的,他不仅会脑震荡,而且头部和脖颈都会受到严重的损伤。

可为什么啄木鸟却能安然无恙呢?它们如此高速地啄木,为什么不会脑震荡?我们来聊一聊这个有意思的话题。

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森林医生:啄木鸟

全世界一共有210种啄木鸟,其中分布在我国境内的有29种,比较常见的是绿啄木鸟和斑啄木鸟,它们主要生活再森林里,被称为“森林医生”。

一些人认为啄木鸟啄木,会损害树干,对树木来说是一种害鸟。但事实上恰恰相反,啄木鸟以树皮下的害虫为食,每天能吃掉1500条左右的害虫。

它们不仅食量惊人,活动范围也很广,一对啄木鸟在一个冬天内,可以消灭约13公顷森林里90%以上的吉丁虫以及其他害虫。

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啄木鸟捕食的时候,会先将树皮啄破,然后长长的舌头把害虫钩出来吃掉,树洞里的虫卵也会被啄木鸟用粘液粘出来。如果害虫躲在树干深处,啄木鸟还会利用啄木的声音,把害虫震出来。

另外,它们还有一个习惯,就是要把整棵树里的害虫彻底消灭后,才会飞到另外一棵树上觅食,把树治好了才走,这也是它们被称为“森林医生”的原因之一。

啄木鸟虽然偶尔也会到地面上觅食,但它们中的大多数终生在树林中度过,在树干上螺旋式地攀缘搜寻害虫,除了少数种类,啄木鸟一般不在横枝上栖息。

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啄木鸟之所以能攀爬在树干上行动,是因为它们的两个脚趾向前伸,两个脚趾向后伸,这样的结构有利于它们攀附在树干表皮上,而且它们又长又硬的尾羽可以起到支撑作用。

啄木鸟在啄木的时候一般仰着头,但它们很少被啄木产生的木屑呛到,这是因为它们的鼻孔上长有刚毛,可以阻止碎木屑或者灰尘进入鼻孔。

啄木鸟喜欢叫,它们有些在一分钟之内鸣叫5~6次,每次4~7声,夏季喜欢待在山林里,而到了冬天则会飞往平原近山的丛林间生活,主要跟着食物走。

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为什么不会脑震荡?

根据科学家的测定,啄木鸟在啄食的时候,头部摇动速度相当于每小时2092公里,啄木的频率达到了每秒14次以上。

这样的啄木速度,会让它们的头部所受冲击力等于所受重力的1000倍,相当于航天员乘坐火箭起飞时所受压力的250倍。

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那么它们为什么不会脑震荡呢?这跟它们的身体结构有关:

第一,啄木鸟的大脑很轻

啄木鸟的大脑只有2克,如此轻的大脑在遭受重击时受到的伤害比较少,人类之所以很容易脑震荡,和大脑较重也有关系,要知道人类的大脑重达1400克。

另外,啄木鸟的大脑和头骨的相对位置也有利于缓解冲击力,啄木鸟的大脑被头骨从后面裹着。当它们的脑袋前后摇动撞击时,大脑与头骨的接触面积会更大,作用在大脑的冲击力可以扩散到更大的面积上,冲击力就会更小。

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第二,大脑结构抵消冲击

啄木鸟的大脑与头骨几乎是紧密地贴在一起,中间只有非常狭小的缝隙和稀少的液体,那么震波就很难在啄木鸟的头部传播,这可以减轻它们震动的程度。

而且,啄木鸟的头骨骨质是海绵状,相比纯钙质的头骨要松软一些,可以起到很好的缓冲作用,抵消来自外界的冲击。

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第三,头两侧肌肉发达

啄木鸟头部两侧拥有相当发达的肌肉系统,当它们啄食的时候,强劲的肌肉可以帮助头部吸收和分散外力冲撞。

不仅如此,啄木鸟的嘴也很特殊,嘴的上面比下面短,那么啄食时产生的冲击力,大部分都通过下面的喙传递到了身体上,而头部承受的冲击力则比较少。

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第四,舌头可以防震

令人难以置信的是,啄木鸟的舌头也可以起到防震的作用。它们的舌头细长而且富有弹性,其舌根是一条弹性结缔组织,从下腭穿出,向上绕过后脑壳,在脑顶前部进入右鼻孔固定。

所以啄木鸟其实只用左鼻孔呼吸,它们通过这种方式来隐藏自己长达12厘米的舌头,而且这种结构有利于缓解它们啄食时受到的冲击力。

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啄木鸟的舌头靠脖子上的一部分骨骼来支撑,这部分骨骼和静脉缠绕在一起,那么当它们啄食并伸出舌头时,会带动脖子上的骨骼挤压静脉,增大大脑和头骨内的供血量,缓解大脑与颅骨发生碰撞的强度。

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第五,总是垂直啄木

除了身体结构特殊之外,啄木鸟啄木的方式也有利于缓解冲击力,它们总能非常精确地垂直啄击树干,这样就不会产生侧面的力,可以避免很多麻烦。

所以,啄木鸟高速晃动脑袋但不会脑震荡,主要是因为它们的身体已经演化出各种缓解冲击力的结构,啄木鸟就是为啄木而生的。

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逐木鸟身体结构的特殊性,给了科学家们很多启示,尤其是在减震和防震方面的灵感,让人类制造了很多防止头部受伤或者脑震荡的安全用具。比如在设计安全帽时,在帽子和头部之间保留空隙,就可以很好地保护头部和颈部。

除此之外,科学家们还通过运用啄木鸟舌头减震的原理,设计出了可以减轻运动员撞击时发生脑震荡程度的项圈。项圈完全模拟啄木鸟的颈部骨骼,当运动员剧烈运动时,项圈就会挤压脖子上的静脉,增大脑部供血,缓解脑震荡发生的程度。

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总之,在经过经年累月的进化之后,啄木鸟已经演化成了一架撞树机器,它就是不怕撞树,也不会脑震荡。

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