作者:李木子 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/18 12:23:53
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啄木鸟没有内置减震器来保护大脑

 

一只雄性啄木鸟。                         图片来源;Shutterstock/Mircea Costina

人们认为,啄木鸟头部的海绵状骨头可以为大脑提供缓冲,使其免受重击,但事实上它们的头骨像锤子一样坚硬。啄木鸟的头骨并不是用来缓冲撞击的,而是用来更有力、更有效地撞击木头。

啄木鸟用喙敲打树干进行交流、寻找食物或筑巢。鸟类大脑和喙之间的海绵状骨头曾被认为可以缓冲大脑受到的反复打击。但比利时安特卫普大学的Sam Van Wassenbergh说,这种组织实际上可以帮助它们的头部以最小的能量消耗快速而深入地敲击,就像一把精心设计的锤子。

“我们有一种感觉,这种减震理论没有任何意义。”他说,“带有减震功能的锤子就是一把坏锤子。”

Van Wassenbergh和同事分析了109个高速拍摄的视频,这些视频记录了6只捕获的鸟类敲打木头的过程,包括两只黑啄木鸟,两只北美黑啄木鸟和两只大斑啄木鸟。

他们发现,在鸟喙撞击木头后的几毫秒内,鸟的眼睛和头部的速度与鸟喙基本相同——这意味着眼睛前方的海绵骨既没有压缩也没有受撞击影响。

然后,该团队创建了啄木鸟的数字模型,以测试如果海绵骨受到冲击会发生什么。Van Wassenbergh说,虽然缓冲能减少大脑受到的冲击,但这也意味着鸟类的喙不能深入树木里。事实上,为了更深入地撞击树木,鸟儿们将不得不更加努力地击打头部,这实际上抵消了减震的任何好处。

尽管没有减震功能,但研究小组发现,鸟类的大脑没有脑震荡的风险,因为冲击力不够强。啄木鸟大脑位于充满液体的头骨内,考虑到其大小和重量,只有当它们以自然速度的两倍,或当它们击中表面硬度是天然木材的四倍时,大脑才会受到损伤。

“一个较小的生物体能够承受这些更大的力量是很正常的。”Van Wassenbergh说,他把这与苍蝇在更大力量下撞击窗户做了比较,“它们只是起飞,然后再次飞行。”

他说,“海绵状骨”一词并不意味着骨头柔软或可以压缩。相反,这表明骨骼是多孔的,重量很轻——这对飞行的鸟类来说至关重要,“骨骼的强度刚刚好,足以发挥它所需要的功能。”

相关论文发表于《当代生物学》。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.05.052

 
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