啄木鳥在用力啄擊時,頭部會以6m/s的速度沖向樹榦,其頭部所承受的衝擊力,相當於所受重力的1000倍,但為啥啄木鳥從來不會出現腦震蕩的情況呢?
長期以來,人們都認為是因為啄木鳥的頭部就像一個減震頭盔,一直在保護啄木鳥的頭部。
但近期美國《當代生物學》發表的一篇論文,卻直接駁斥了這一觀點,找到了真正的答案。
腦震蕩終結者
和大多鳥類不同,啄木鳥非但不喜歡在地面活動,連樹枝都很少停留,它們更喜歡攀附在樹榦上,利用自己堅硬的嘴巴,對樹榦一頓猛敲,直到露出害蟲,再利用自己細長的舌頭,勾出樹洞里藏匿的昆蟲,所以啄木鳥也被稱為「森林醫生」。
你以為啄木鳥只是隨便在樹上敲兩下,就能依靠嘴巴在堅硬的樹榦上,戳出一個大洞?當然不可能。
就算它們的喙部再硬,也經不住這樣的敲擊,要想傷樹不傷己,啄木鳥就必須做到「快、准、狠」。
啄木鳥的敲擊速度有多快呢?先來看看它們一天的工作量。
啄木鳥每天都要敲擊樹榦500—600次,一天就要敲擊上萬次。為了保質保量,啄木鳥平均每秒就能敲擊樹榦15—20下,速度能達到每小時2092公里,比時速為每小時55公里的汽車,還要快上37倍。
因為速度太快,啄木鳥頭部也會承受到更大的衝擊力,這股力量相當於宇航員在火箭發射時,所需要承受衝擊力的250倍。正常人在這樣快速且衝擊力巨大的外力碰撞下,早就得腦震蕩了,但啄木鳥卻一點事也沒有,第二天還能繼續工作。
就算為了食物也沒必要這麼拼吧?那是因為你太不了解啄木鳥,除了尋找食物和築巢的目的以外,它們勤勤懇懇地敲擊樹木,還有特殊用途。雄性啄木鳥在求愛時,會用自己堅硬的喙在空心樹榦上,有節奏地敲打出清脆的「篤篤」聲,以此向雌鳥求愛。
所以說,啄木鳥每天的專項練習,也是在為尋找伴侶努力,畢竟敲得越好,越能獲得異性芳心。
那啄木鳥日日敲擊樹榦,還不會受到傷害是有什麼秘密武器呢?
啄木鳥獨特的身體結構
為了尋找到啄木鳥腦部結構的秘密,研究者們也煞費苦心,把啄木鳥的頭部都研究得明明白白。他們發現,啄木鳥不但尋找食物的方式與眾不同,就連身體構造也顯得異常獨特。
比如,一般動物的舌根都長在嘴巴深處,但啄木鳥的舌頭偏偏打破常規,在鼻孔處固定自己的舌頭。
啄木鳥的舌頭從上顎的右鼻孔處竄出,向大腦後方延伸。到這裡舌頭就會一分為二,經過雙眼上方,圍繞大腦一周,然後又穿過下顎,繞回到口腔里,看上去就像兩條長長的「安全帶」。所以,也有不少人猜測,啄木鳥之所以不會腦震蕩,是因為它們在高速敲擊樹榦時,舌頭可以牢牢穩固住頭骨,減少衝擊力。
雖然在高頻率的撞擊下,啄木鳥的腦部不會受到損傷,但它們也要預防暴露在外的眼睛,不慎被震傷。
每當頭部撞向樹榦的一瞬間,它們的眼睛會馬上閉上,眼皮下方的一層名叫「瞬膜」的保護膜,就會立刻包裹住眼睛。既能防止木屑擊傷眼睛,還能防止眼珠在長期的撞擊下,不慎蹦出眼窩。
除此以外,為了防止啄木鳥在啄擊時不會滑落,它們的腳趾和尾巴也開始進化出了高級作用。一般鳥類的腳趾都是三趾在前,一趾在後的分佈方式,但啄木鳥不同,它是兩趾向前,兩趾向後,這樣就可以幫助它們牢牢抓緊樹榦。
同時,啄木鳥硬而富有彈性的尾巴,也可以在啄木時起到支撐身體的作用。
在腳趾和尾巴的雙重保護下,啄木鳥不但可以以垂直地面的方式,在樹榦上牢牢站穩,還可以在樹榦上上下自由跳躍,或者向兩側轉圈爬行。
當然,啄木鳥就算再厲害,也有出錯的時候。比如,它們常常在敲擊時,喙部不慎被卡住,這時候,它們就會交替移動自己的上下喙,慢慢縮出樹洞,擺脫困境。
啄木鳥自身的保護機制,堪稱一絕,那麼,啄木鳥到底是如何做到腦部防震的呢?
敲不出腦震蕩的原因
起初,科學家認為啄木鳥頭部之所以不會受到傷害,是因為在它們的上喙和眼眶之間,有一塊「海綿狀」的頭骨,可以在啄木鳥在啄擊的瞬間,起到弱化衝擊的作用。
為了搞清楚這個觀點是否正確,研究人員對三種不同的啄木鳥進行了實驗。他們在啄木鳥頭部和喙部上,標記了多個逐幀跟蹤點,然後用高速攝像機,記錄下啄木鳥啄樹的過程。
按照假設觀點的設想,啄木鳥在撞擊到樹木的同時,喙部應該會受到最強烈的撞擊,而頭部應該會有一個減速的過程。
但在多次的追蹤實驗中,科學家卻發現,在啄木鳥啄向樹木的一瞬間,它的頭部和喙部幾乎是在同一時間停下的,這塊「海綿」頭骨,並沒有出現明顯的減速和緩衝過程,甚至一直都表現得很僵硬。
也就是說,啄木鳥的身體結構,其實並不會吸收撞擊樹榦所產生的衝擊力。
同時,科學家們還發現,任何對衝擊力的吸收作用,都會減弱啄木鳥的啄擊能力,無論是頭骨還是長長的舌骨,其實都不會起到任何的減震效果。
這直接打破了人們長期以來的認知,於是研究人員直接在2022年7月出刊的,美國《當代生物學》上,直接駁斥了長期以來人們廣泛在媒體和書籍中提到的「減震理論」。
他們提出:啄木鳥能長期啄木卻不得腦震蕩,不是因為在頭部裝有「減震器」,而是因為啄木鳥的頭部,本身就是一個堅硬的「鎚子」。啄木鳥頭部,從來沒有起到吸收啄擊帶來的衝擊力,而是一直在和樹榦「硬碰硬」。
既然啄木鳥的頭骨並不能起到減震作用,那啄木鳥是如何避免腦震蕩的呢?
其實,這還要得益於它們嬌小的腦袋。
一方面,啄木鳥的頭顱由各種微小的、很輕的骨頭組成,它們頭顱骨的實際重量,僅占自身總體重的1%左右,十分輕巧。
另一方面,啄木鳥的腦子也比較小,只有2克,而人體的腦容量有1400克,是啄木鳥的700倍。在相同的速度下,啄木鳥的腦袋,不會承受到像人腦那樣大的壓強變化,只有將啄木鳥的啄木速度再提升至兩倍,那麼它們的小腦袋才可能受到傷害。
而科學家們就受到了啄木鳥的啟發,研製出了安全運動防護帽和防震盔。目前,生物學家和神經科學家們,還在積極研究啄木鳥的腦部結構,查看它們的大腦結構內,是否含有其他可以影響它們大腦,不被衝擊力傷害的因素,或許可以在此基礎上研究出更安全的大腦保護設施。