Почему у дятлов от частых и сильных ударов не повреждается мозг
Любой человек, видевший дятла, долбящего дерево, наверняка задавался вопросом, как этой птице удается сохранить в целости свой мозг. Весьма интересен этот шаблон поведения и для ученых. Они потратили немало времени на его изучение, но до сих пор не пришли к единому мнению.
Сейчас есть несколько гипотез, самая распространенная из которых предполагает, что череп дятла выполняет функцию, условно говоря, миниатюрного амортизирующего шлема.
Однако появляется все больше свидетельств того, что удары в данном случае практически не смягчаются, а ответы следует искать в эволюционных адаптациях, позволяющих переносить повышенные нагрузки.
Первый закон Ньютона гласит о том, что разогнавшиеся объекты стремятся продолжить движение, поэтому, когда голова дятла врезается в дерево, находящийся внутри мозг бьется о череп. Запас энергии при этом достаточно велик, из-за чего эта масса в течение определенного времени продолжает колыхаться. Человек, получив удар сопоставимой силы, наверняка заработал бы сотрясение мозга, но у дятла череп устроен особым образом.
Передняя его часть состоит из губчатой кости, которая, как считают некоторые эксперты, в какой-то степени амортизирует удары. Однако данную гипотезу ставит под сомнение ещё один закон Ньютона – о том, что действию всегда есть равное и противоположное противодействие. Если бы основную тяжесть удара принимал на себя череп дятла, это означало бы, что к дереву прикладывается меньшая сила, а это, как понятно, совсем не то, к чему стремится птица. Чтобы продолбить дыру, ей пришлось бы гораздо дольше стучать головой в неподатливый материал.
В июле 2022 года группа исследователей сообщила о том, что, изучив сделанные высокоскоростной камерой записи, она не смогла зафиксировать амортизацию после ударов. Ни у одного из трех видов дятлов, за чьей работой удалось понаблюдать.
Более того, ученые обнаружили, что голова дятла, как самый настоящий молоток, специально концентрирует удар на цели. Но это означает также, что равное по силе воздействие оказывается на череп птицы. Как ей удается выдержать его? По всей видимости, мы имеем дело с сочетанием нескольких факторов.
Во-первых, череп у дятла весьма невелик. Если бы он был крупнее, то сотрясение мозга было бы гарантировано. Ученые выдвинули также гипотезу, что дятлы оберегают себя, долбя не слишком быстро и только податливую древесину. По их мнению, участок губчатой кости при этом призван обеспечить структурную эластичность, снижающую вероятность образования трещин при ударах.
Однако в ходе других исследований был установлен ещё один интересный факт: отдельные части черепа дятла имеют разный минеральный состав и плотность кости.
Самый оригинальный подход продемонстрировала третья научная группа. Эти люди напечатали с помощью 3D-принтера несколько черепов дятлов, а затем устроили для них своеобразный краш-тест, разбив о металлическую болванку. Цель заключалась в том, чтобы представить себе «наихудший сценарий». Было выявлено, что внутренняя часть черепа «преобразует» энергию удара в волну, которая проходит через голову птицы. Она направляется не в полость мозга, а вниз, и отводится через так называемую скуловую кость.
Ученые проследили также за движением, происходящим внутри черепа дятла после удара. Выяснилось, что оно ослабляет волны, которые гипотетически могут быть самыми разрушительными. Здесь надо вспомнить о таком явлении, как резонанс. Используя его, можно так разогнать волну в ванне, что почти вся вода выплеснется наружу. А хорошие певцы разбивают с его помощью бокалы.
По сути, это специфические частоты, усиливающие движение материала, через который проходит волна давления. У каждого объекта имеется набор резонансных частот, определяющийся его формой и тем, из чего он сделан. И это не только ванны и бокалы, но и птичьи мозги и черепа.
Дятлу хотелось бы избежать ненужных колебаний вследствие резонанса, поэтому, возможно, он во время удара клювом по дереву совершает дополнительное движение головой, позволяющее нейтрализовать нежелательное распространение волны давления. Относительно небольшие полости черепа только способствуют этому, сводя к минимуму любые колебания мозга.
Дятлы, как предполагается, могут использовать и другие приемы, призванные избежать сотрясения мозга. Имеется гипотеза, согласно которой они каким-то образом пережимают кровеносные сосуды на шее, создавая там что-то вроде кровяного амортизирующего буфера. Также внутри их мозга могут находиться некие белки, способные быстро устранять полученные повреждения. В общем, на фоне изложенного массива информации превалирующая идея о защитном шлеме выглядит слишком упрощенно. Ей не хватает как минимум встроенного в «каску» молоточка.
Однако появляется все больше свидетельств того, что удары в данном случае практически не смягчаются, а ответы следует искать в эволюционных адаптациях, позволяющих переносить повышенные нагрузки.
Первый закон Ньютона гласит о том, что разогнавшиеся объекты стремятся продолжить движение, поэтому, когда голова дятла врезается в дерево, находящийся внутри мозг бьется о череп. Запас энергии при этом достаточно велик, из-за чего эта масса в течение определенного времени продолжает колыхаться. Человек, получив удар сопоставимой силы, наверняка заработал бы сотрясение мозга, но у дятла череп устроен особым образом.
Передняя его часть состоит из губчатой кости, которая, как считают некоторые эксперты, в какой-то степени амортизирует удары. Однако данную гипотезу ставит под сомнение ещё один закон Ньютона – о том, что действию всегда есть равное и противоположное противодействие. Если бы основную тяжесть удара принимал на себя череп дятла, это означало бы, что к дереву прикладывается меньшая сила, а это, как понятно, совсем не то, к чему стремится птица. Чтобы продолбить дыру, ей пришлось бы гораздо дольше стучать головой в неподатливый материал.
В июле 2022 года группа исследователей сообщила о том, что, изучив сделанные высокоскоростной камерой записи, она не смогла зафиксировать амортизацию после ударов. Ни у одного из трех видов дятлов, за чьей работой удалось понаблюдать.
Более того, ученые обнаружили, что голова дятла, как самый настоящий молоток, специально концентрирует удар на цели. Но это означает также, что равное по силе воздействие оказывается на череп птицы. Как ей удается выдержать его? По всей видимости, мы имеем дело с сочетанием нескольких факторов.
Во-первых, череп у дятла весьма невелик. Если бы он был крупнее, то сотрясение мозга было бы гарантировано. Ученые выдвинули также гипотезу, что дятлы оберегают себя, долбя не слишком быстро и только податливую древесину. По их мнению, участок губчатой кости при этом призван обеспечить структурную эластичность, снижающую вероятность образования трещин при ударах.
Однако в ходе других исследований был установлен ещё один интересный факт: отдельные части черепа дятла имеют разный минеральный состав и плотность кости.
Самый оригинальный подход продемонстрировала третья научная группа. Эти люди напечатали с помощью 3D-принтера несколько черепов дятлов, а затем устроили для них своеобразный краш-тест, разбив о металлическую болванку. Цель заключалась в том, чтобы представить себе «наихудший сценарий». Было выявлено, что внутренняя часть черепа «преобразует» энергию удара в волну, которая проходит через голову птицы. Она направляется не в полость мозга, а вниз, и отводится через так называемую скуловую кость.
Ученые проследили также за движением, происходящим внутри черепа дятла после удара. Выяснилось, что оно ослабляет волны, которые гипотетически могут быть самыми разрушительными. Здесь надо вспомнить о таком явлении, как резонанс. Используя его, можно так разогнать волну в ванне, что почти вся вода выплеснется наружу. А хорошие певцы разбивают с его помощью бокалы.
По сути, это специфические частоты, усиливающие движение материала, через который проходит волна давления. У каждого объекта имеется набор резонансных частот, определяющийся его формой и тем, из чего он сделан. И это не только ванны и бокалы, но и птичьи мозги и черепа.
Дятлу хотелось бы избежать ненужных колебаний вследствие резонанса, поэтому, возможно, он во время удара клювом по дереву совершает дополнительное движение головой, позволяющее нейтрализовать нежелательное распространение волны давления. Относительно небольшие полости черепа только способствуют этому, сводя к минимуму любые колебания мозга.
Дятлы, как предполагается, могут использовать и другие приемы, призванные избежать сотрясения мозга. Имеется гипотеза, согласно которой они каким-то образом пережимают кровеносные сосуды на шее, создавая там что-то вроде кровяного амортизирующего буфера. Также внутри их мозга могут находиться некие белки, способные быстро устранять полученные повреждения. В общем, на фоне изложенного массива информации превалирующая идея о защитном шлеме выглядит слишком упрощенно. Ей не хватает как минимум встроенного в «каску» молоточка.
Комментарии1
