终于搞清了:啄木鸟为什么没有脑震荡

涨知识 老郝 来源:sciencealert 176浏览 0评论

用喙猛撞树干似乎会引起头痛,下颌疼痛以及严重的颈部和脑部损伤。啄木鸟每秒可以这样搞20次,且不会受到任何不良影响。

除澳大利亚以外,世界上所有森林里都有啄木鸟的身影。它们具有非凡的能力,可以利用它们的喙锤击树干,打孔攫取里面昆虫和汁液。更令人印象深刻的是,他们并没有因此弄伤自己。

我们对啄木鸟的头骨和舌骨骼结构感兴趣,因为它们不寻常的解剖结构可能会激发灵感,从而可以帮助研究人员开发出更好的头部保护装置。

人脑震荡

啄木鸟啄木时,它们的头部会遭受强烈的冲击。

他们有坚硬的尾羽和爪子,可以帮助它们保持平衡,因为它们的头以每秒7米的速度冲向树干。当喙部撞击到,瞬间的减速冲击相当于重力1200倍。但是,啄木鸟并未因此患上脑震荡。

脑震荡是由于头部反复受到打击而造成的一种创伤性脑损伤。在橄榄球或曲棍球等接触式对抗性运动中经常发生。

反复的外伤性脑损伤最终会导致进行性脑部疾病,慢性外伤性脑病(CTE),这是不可逆的,并引发记忆力减退、沮丧、冲动、攻击性和自杀行为的症状。

美国国家橄榄球联盟说,橄榄球员遭遇80G的冲击时,就会出现脑震荡。那么,啄木鸟如何在1200 G的时候,保护自我呢?

这就科学家在啄木鸟身上探寻的关键秘密。我们研究了骨骼的微观结构,然后对头部进行了生物力学分析。

不寻常的颅骨和舌骨结构

通过比较啄木鸟和鸡的头骨,我们发现啄木鸟具有其他鸟类所没有的吸收冲击的适应能力。这包括特殊的颅骨,颈部肌肉,喙和舌头骨。

颅骨具有不同的化学组成和密度。例如,一种结构上的适应是通过增加骨骼中矿物质的积累来实现的,从而使其比其他鸟类更坚硬。

令人惊讶的是,与其他鸟类和动物相比,颅骨非常薄,将大脑与颅骨分开的流体更少。这表明头骨可以同时变硬和变韧。

通常,在现实世界的材料科学中,需要在硬度和韧性之间进行权衡。但是,同时具备硬度和韧性的材料可以更好地保护我们的头部,减少传递到大脑的冲击力。

第二个不同之处是,啄木鸟大脑内部的液体少于比其他大型动物。这有助于限制啄食过程中大脑的相对运动。减少的液体量产生的效果类似于煮熟的鸡蛋的蛋黄,与未煮过的未加工鸡蛋的蛋黄相比,它不会因摇晃而受损。

啄木鸟的舌头也嵌有一根骨头,有助于从树干中提取昆虫。不寻常的舌头缠绕在颅骨的后部,并锚定在两眼之间的前部。这种配置使舌头及其骨骼像弹簧一样,减轻了物理力和相关的振动。

非典型性骨骼

典型骨骼的刚度和强度来自于包裹了多孔海绵状骨的致密骨鞘。但是啄木鸟的舌骨具有相反的结构:柔软的鞘和较硬的核心骨。这种由内而外的配置提供了更好的灵活性,并可以吸收更大的冲击和振动。

目前,生物学家和神经科学家正在积极研究啄木鸟的大脑,以查看是否有脑部受伤的病理学证据——如人类的CTE。借此探究啄木鸟在组织或细胞水平上是否还有其他保护或治愈机制

我们希望它们最终能揭示如何保护和治愈人类的脑损伤。

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