疯狂凿木的啄木鸟,所受冲击力是重力的1000倍,为啥没有脑震荡?

2022年10月07日20:47:30 科学 1993

啄木鸟在用力啄击时,头部会以6m/s的速度冲向树干,其头部所承受的冲击力,相当于所受重力的1000倍,但为啥啄木鸟从来不会出现脑震荡的情况呢?

长期以来,人们都认为是因为啄木鸟的头部就像一个减震头盔,一直在保护啄木鸟的头部。

但近期美国《当代生物学》发表的一篇论文,却直接驳斥了这一观点,找到了真正的答案。

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脑震荡终结者

和大多鸟类不同,啄木鸟非但不喜欢在地面活动,连树枝都很少停留,它们更喜欢攀附在树干上,利用自己坚硬的嘴巴,对树干一顿猛敲,直到露出害虫,再利用自己细长的舌头,勾出树洞里藏匿的昆虫,所以啄木鸟也被称为“森林医生”。

你以为啄木鸟只是随便在树上敲两下,就能依靠嘴巴在坚硬的树干上,戳出一个大洞?当然不可能。

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就算它们的喙部再硬,也经不住这样的敲击,要想伤树不伤己,啄木鸟就必须做到“快、准、狠”。

啄木鸟的敲击速度有多快呢?先来看看它们一天的工作量。

啄木鸟每天都要敲击树干500—600次,一天就要敲击上万次。为了保质保量,啄木鸟平均每秒就能敲击树干15—20下,速度能达到每小时2092公里,比时速为每小时55公里的汽车,还要快上37倍。

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因为速度太快,啄木鸟头部也会承受到更大的冲击力,这股力量相当于宇航员在火箭发射时,所需要承受冲击力的250倍。正常人在这样快速且冲击力巨大的外力碰撞下,早就得脑震荡了,但啄木鸟却一点事也没有,第二天还能继续工作。

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就算为了食物也没必要这么拼吧?那是因为你太不了解啄木鸟,除了寻找食物和筑巢的目的以外,它们勤勤恳恳地敲击树木,还有特殊用途。雄性啄木鸟在求爱时,会用自己坚硬的喙在空心树干上,有节奏地敲打出清脆的“笃笃”声,以此向雌鸟求爱。

所以说,啄木鸟每天的专项练习,也是在为寻找伴侣努力,毕竟敲得越好,越能获得异性芳心。

那啄木鸟日日敲击树干,还不会受到伤害是有什么秘密武器呢?

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啄木鸟独特的身体结构

为了寻找到啄木鸟脑部结构的秘密,研究者们也煞费苦心,把啄木鸟的头部都研究得明明白白。他们发现,啄木鸟不但寻找食物的方式与众不同,就连身体构造也显得异常独特。

比如,一般动物的舌根都长在嘴巴深处,但啄木鸟的舌头偏偏打破常规,在鼻孔处固定自己的舌头。

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啄木鸟的舌头从上颚的右鼻孔处窜出,向大脑后方延伸。到这里舌头就会一分为二,经过双眼上方,围绕大脑一周,然后又穿过下颚,绕回到口腔里,看上去就像两条长长的“安全带”。所以,也有不少人猜测,啄木鸟之所以不会脑震荡,是因为它们在高速敲击树干时,舌头可以牢牢稳固住头骨,减少冲击力。

虽然在高频率的撞击下,啄木鸟的脑部不会受到损伤,但它们也要预防暴露在外的眼睛,不慎被震伤。

每当头部撞向树干的一瞬间,它们的眼睛会马上闭上,眼皮下方的一层名叫“瞬膜”的保护膜,就会立刻包裹住眼睛。既能防止木屑击伤眼睛,还能防止眼珠在长期的撞击下,不慎蹦出眼窝。

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除此以外,为了防止啄木鸟在啄击时不会滑落,它们的脚趾和尾巴也开始进化出了高级作用。一般鸟类的脚趾都是三趾在前,一趾在后的分布方式,但啄木鸟不同,它是两趾向前,两趾向后,这样就可以帮助它们牢牢抓紧树干。

同时,啄木鸟硬而富有弹性的尾巴,也可以在啄木时起到支撑身体的作用。

在脚趾和尾巴的双重保护下,啄木鸟不但可以以垂直地面的方式,在树干上牢牢站稳,还可以在树干上上下自由跳跃,或者向两侧转圈爬行。

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当然,啄木鸟就算再厉害,也有出错的时候。比如,它们常常在敲击时,喙部不慎被卡住,这时候,它们就会交替移动自己的上下喙,慢慢缩出树洞,摆脱困境。

啄木鸟自身的保护机制,堪称一绝,那么,啄木鸟到底是如何做到脑部防震的呢?

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敲不出脑震荡的原因

起初,科学家认为啄木鸟头部之所以不会受到伤害,是因为在它们的上喙和眼眶之间,有一块“海绵状”的头骨,可以在啄木鸟在啄击的瞬间,起到弱化冲击的作用。

为了搞清楚这个观点是否正确,研究人员对三种不同的啄木鸟进行了实验。他们在啄木鸟头部和喙部上,标记了多个逐帧跟踪点,然后用高速摄像机,记录下啄木鸟啄树的过程。

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按照假设观点的设想,啄木鸟在撞击到树木的同时,喙部应该会受到最强烈的撞击,而头部应该会有一个减速的过程。

但在多次的追踪实验中,科学家却发现,在啄木鸟啄向树木的一瞬间,它的头部和喙部几乎是在同一时间停下的,这块“海绵”头骨,并没有出现明显的减速和缓冲过程,甚至一直都表现得很僵硬。

也就是说,啄木鸟的身体结构,其实并不会吸收撞击树干所产生的冲击力。

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同时,科学家们还发现,任何对冲击力的吸收作用,都会减弱啄木鸟的啄击能力,无论是头骨还是长长的舌骨,其实都不会起到任何的减震效果。

这直接打破了人们长期以来的认知,于是研究人员直接在2022年7月出刊的,美国《当代生物学》上,直接驳斥了长期以来人们广泛在媒体和书籍中提到的“减震理论”。

他们提出:啄木鸟能长期啄木却不得脑震荡,不是因为在头部装有“减震器”,而是因为啄木鸟的头部,本身就是一个坚硬的“锤子”。啄木鸟头部,从来没有起到吸收啄击带来的冲击力,而是一直在和树干“硬碰硬”。

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既然啄木鸟的头骨并不能起到减震作用,那啄木鸟是如何避免脑震荡的呢?

其实,这还要得益于它们娇小的脑袋。

一方面,啄木鸟的头颅由各种微小的、很轻的骨头组成,它们头颅骨的实际重量,仅占自身总体重的1%左右,十分轻巧。

另一方面,啄木鸟的脑子也比较小,只有2克,而人体的脑容量有1400克,是啄木鸟的700倍。在相同的速度下,啄木鸟的脑袋,不会承受到像人脑那样大的压强变化,只有将啄木鸟的啄木速度再提升至两倍,那么它们的小脑袋才可能受到伤害。

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而科学家们就受到了啄木鸟的启发,研制出了安全运动防护帽和防震盔。目前,生物学家和神经科学家们,还在积极研究啄木鸟的脑部结构,查看它们的大脑结构内,是否含有其他可以影响它们大脑,不被冲击力伤害的因素,或许可以在此基础上研究出更安全的大脑保护设施。

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