啄木鸟被迫整天将小小的头骨撞向树壁,寻找埋藏的食物,啄木鸟应该进化出一两个技巧来避免大脑损伤。所以你会想。
一项关于啄木鸟生物力学的新研究对啄木鸟通过奇特的减震适应避免大脑变成糊状的猜测提出了质疑。
相反,它的大脑可能太小而无法关心。
“通过分析三种啄木鸟的高速视频,我们发现啄木鸟无法吸收树木撞击的冲击力,”说Sam Van Wassenbergh,比利时安特卫普大学生物力学研究员。
任何曾经见过、甚至刚刚听到过啄木鸟标志性的机枪射击声的人都会欣赏其中所涉及的物理原理。
来来回回地摇头,令人惊讶每秒20次,某些物种的成员可以体验到高达 1400 g 的力。与微不足道的相比90至100克这可能会导致人类脑震荡,很容易想象在那个小小的头骨内可能会产生什么样的创伤。
过去的研究指出各种身体改造这可能有助于减轻对啄木鸟脑组织的影响,例如海绵状、减震的骨骼和颈部肌肉。
虽然这些特征似乎是为了吸收冲击力而设计的,但证明它们成功地减少了啄木鸟头部快速加速和减速时的力是一个挑战。
还有一个问题是啄木鸟是否会首先考虑安全功能。它们的大脑很小,头骨很紧,几乎没有留下任何空间可以发出嘎嘎声。
在这项研究中,使用了代表该物种的六只啄木鸟的一百多个高速视频火星树蜉蝣,毛茛, 和大树蜂范瓦森伯格和他的团队仔细测量了它们的喙遇到木头时眼睛的减速情况。
鉴于眼球是柔软内部的相当合适的代表,研究人员可以计算头骨减速的物理原理。
事实证明,整个头部作为一个整体移动,眼睛和喙之间的峰值减速度几乎没有变化。
“在啄食过程中,它们的头部基本上起到坚硬、坚固的锤子的作用,”说范·瓦森伯格。
根据视频逐帧分析收集的数据构建的生物力学模型进一步证实了喙尖和头骨内容物之间没有大量的减震作用。
在这种情况下,所有这些特殊的骨骼结构不会变形并吸收每次打击的能量,而是会抵抗骨折。
这使得鸟类的工作更有影响力和效率。研究人员说:“如果喙吸收了自身的大部分冲击力,这只不幸的鸟将不得不更加用力地撞击。”解释。
尽管根据一项研究这些鸟可能会遭受终生头部撞击的影响,范瓦森伯格和他的团队对啄木鸟头骨的颅内压力进行的模拟表明,对如此小的大脑的不断推挤无论如何不会造成任何严重的后果。
啄木鸟不需要担心所有这些安全功能。
“缺乏减震功能并不意味着他们的大脑在看似剧烈的撞击中处于危险之中,”说范·瓦森伯格。
“即使是经过分析的 100 多次啄击所产生的最强烈的冲击,对啄木鸟的大脑来说也应该是安全的,因为我们的计算显示,啄木鸟的大脑负荷低于遭受脑震荡的人类。”
这些发现有助于解释为什么啄木鸟从未进化到更大长度超过约半米(约 22 英寸)。虽然肌肉发达的羽毛手提钻可以钻出更大的食物,但它们较重的大脑无法承受压力。
这意味着虽然啄木鸟的大脑很小,但它们毕竟没有那么愚蠢。
这项研究发表于现代生物学。