为什么啄木鸟实际上不需要减震头骨来撞头

啄木鸟的生活方式对环境影响很大。当它们用喙撞击树木时，它们受到的力量足以将人击倒。许多鸟类学家认为，啄木鸟头骨的形状和结构已经进化为可以减轻这种冲击，但一项新的分析表明，鸟类没有或不需要这种保护。

研究人员拍摄了三种被圈养的啄木鸟的啄食过程，发现它们的头部就像“硬锤”一样，尽可能高效地啄食。研究小组得出结论，如果啄木鸟的头骨具有减震功能，那么这些硬件只会成为阻碍。此外，由于啄木鸟的大脑非常小，它们无法承受人类受到类似撞击时所遭受的那种伤害，作者今天在《当代生物学》上报道说。

康奈尔大学鸟类学实验室的生态学家韦斯利·霍查卡 (Wesley Hochachka) 表示：“实际上，影响似乎没有人们想象的那么严重。”他并未参与这项研究。

啄木鸟在繁殖季节会啄树寻找食物、筑巢和交流。“这基本上是啄木鸟生存所需的，所以如果它们不睡觉也不休息，它们可能就会啄东西，”Hochachka 说。“它们根本就没有喘息的机会。”

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当啄木鸟用喙啄树皮时，它的头部会突然减速。比利时安特卫普大学的生物力学家、论文合著者 Sam Van Wassenbergh 表示，这种撞击会导致头骨前部的脑组织压缩，而后部的组织则被拉离脑壳。

他说：“我们可以合理地预期，啄木鸟在日常活动中不会出现头痛或脑震荡。”

许多研究人员认为，啄木鸟的头骨中存在某种缓冲结构，其作用类似于安全气囊或头盔。有人提出，喙和脑壳之间的海绵骨或喙周围的肌肉可以最大程度地减轻撞击带来的冲击力。

但这个想法却存在一个悖论。“鸟类会加速头部运动，使其产生运动能量，它们想将这种能量传递给树木，以损坏或击落部分树皮，”范·瓦森伯格说道。然而，一个能吸收冲击力的头骨也会减少到达树木的能量。“人们不会使用内置减震器的锤子；这只会让锤击变得非常低效，”范·瓦森伯格进一步解释道。

为了揭开谜团，研究人员拍摄了 100 多段高速视频，视频中的啄食速度高达每秒 16 英尺，涉及三个物种的六个个体。这些鸟类包括黑啄木鸟、大斑啄木鸟和大斑啄木鸟，体型和地理分布各不相同。研究小组追踪了喙、眼睛和头骨上几个点的运动，以了解脑壳的运动。

“如果任何冲击都能被吸收，无论是通过喙的运动还是在海绵骨区域，你都会认为大脑的减速比喙慢，”范·瓦森伯格说。“实际上，喙和大脑在这些运动模式方面没有区别，这意味着[它们的头]就像一把坚硬的锤子。如果你想优化你的啄食表现，这是有道理的。”

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研究人员接下来使用计算机模型探索喙和脑壳之间的减震区实际上如何影响鸟类的啄食能力。他们计算出这种衬垫将大大减少喙对木头的穿透。

“通过这些数据，我们发现在那里安装减震器纯粹是浪费能源，”范·瓦森伯格说。“只要不那么猛烈地撞击树木，就能达到与减震器相同的效果。”

最后，他和他的同事们调查了什么可以防止啄木鸟脑震荡。他们使用计算机模拟一个充满水的空腔来代表鸟类和人类的大脑，发现啄木鸟不会像体积更大的人类大脑在经历同样的减速时那样受到那么大的破坏性压力。

“对于人类，我们知道大概什么时候会发生脑震荡，我们以此为参考，比较啄木鸟的压力负荷。”范·瓦森伯格说。“在它们发生脑震荡之前，[鸟类]仍然有一定的安全余地。”事实上，啄木鸟需要以比观察到的速度快两倍的速度撞击木头，或者用比它们通常遇到的硬度高四倍的力锤击木头，才会遭受这种伤害。

范·瓦森伯格指出，这并不是研究人员第一次提出啄木鸟不需要特殊保护来防止脑部受伤的想法，但他团队的数据集提供了更详细的图片，展示了这种勤劳的鸟儿如何用头撞树干而不伤到自己。实验还表明，这种生物并不是头盔和其他防护材料的重要灵感来源。

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这项研究的一个警告是：范·瓦森伯格承认，这些计算旨在模拟啄木鸟的正常活动，但并未解决啄木鸟啄金属杆或其他坚硬材料时会发生什么问题。研究人员目前正在研究喙的形状如何优化啄食性能，以及啄木鸟在被卡住时如何设法将喙拔出。

芝加哥菲尔德自然历史博物馆鸟类馆长约翰·贝茨说，这些数据“非常令人信服”，但不能排除日常啄食可能导致大脑损伤的可能性。研究人员此前曾报告称，已故啄木鸟的头骨中存在与患有神经退行性疾病和慢性脑损伤的人相似的蛋白质堆积。不过，目前尚不清楚这些蛋白质是否真的是啄木鸟大脑损伤的征兆，就像人类大脑损伤一样。

贝茨说，未来研究的另一个问题是，这些新发现是否适用于其他鸟类。他的团队研究翠鸟，翠鸟可以以每小时 25 英里的速度直接潜入水中。“啄木鸟确实非常独特，”他说，“但它们并不是唯一会敲击的动物。”