При работе клювом дятлы испытывают перегрузки от 1200 до 1400 g. Ранее считалось, что благодаря эволюционной адаптации эта птица невосприимчива к черепно-мозговым травмам. Именно из-за этой особенности его модель “работы головой” использовалась при разработке спортивной экипировки, такой, как футбольные шлемы. Однако новое исследование Бостонского университета показывает, что мозг дятлов содержат накопления тау-белка – протеина, связанного с повреждением головного мозга у людей.
Пернатый труженик
Недавнее исследование утверждает, что мозги бедных дятлов, также, как и людей, демонстрируют химические признаки сотрясения.Все мы с детства знакомы с этим пернатым лесным тружеником. С утра до вечера в лесу (да и в спальных районах крупных городов) можно услышать звонкое “тррррр ” – это маленький дятел добывает себе пропитание. Своим конусообразным клювом он продалбливает отверстие в коре, и языком достает насекомых, которые составляет основу его рациона в теплое время года. Зимой же эта птица питается семенами – дятел находит шишку хвойного дерева, зажимает ее между ветвями на дереве, и разбивает клювом, добираясь до семян.
Логично было бы предположить, что раз эта птица способна весь день биться головой об дерево, то мать природа одарила ее мозг защитой от сотрясений и ушибов. Забавно, но до недавнего времени никому и в голову не приходило проверить мозг дятла на наличие характерных повреждений. Недавнее исследование, проведенное медицинской кафедрой Бостонского университета утверждает, что мозги бедных дятлов, также, как и людей, демонстрируют химические признаки сотрясения.
В рамках исследования было проведено сравнение между мозгом пушистого дятла и красноплечего трупиала (которому не нужно стучать клювом по дереву, чтобы раздобыть себе обед) на предмет накопления тау-белка.
Противоударный дятел
Как известно, основные клетки головного мозга это нейроны, которые являются клеточными телами и аксоны – “телефонные линии”, через которые нейроны общаются. Эти “телефонные линии” покрывает тау-белок – он обеспечивает им защиту и стабильность, сохраняя при этом их гибкость. В умеренных количествах тау-белок может быть полезен для стабилизации клеток головного мозга, но накопление аксоном слишком большого количества этого белка может нарушить связь между двумя нейронами. Когда мозг человека получает повреждения, тау-белок накапливается и нарушает работу нервов – под удар попадают когнитивная, эмоциональная и моторная функции.
Накопление тау-белка может быть признаком повреждения мозга у людей – но является ли это признаком аналогичного недуга у дятлов?
Согласно собранным данным, мозги дятлов имеют гораздо большие накопления тау-белка , чем мозги красноплечих трупиалов. С другой стороны, чрезмерное накопление этого протеина может быть признаком повреждения мозга у людей – но является ли это признаком аналогичного недуга у дятлов? Ученые пока не знают ответа на этот вопрос.
Самые первые дятлы появились 25 миллионов лет назад – эти птицы стучат клювами уже очень давно. Если такой образ жизни вызывает сотрясения и ушибы мозга, почему же дятлы до сих пор это делают? Неужели за такой большой срок мозги этих птиц не адаптировались к способу добычи пропитания? Исследователи предполагают, что накопление аксонами дятлов тау-белка может быть не патологией, а защитной реакцией.
Таким образом, дятлы показывают все признаки, того, что выглядит как повреждение мозга у людей, однако скорее всего не страдают от черепно-мозговых травм.
Ученые обнаружили, что в мозгу дятла постоянно вырабатывается тау-белок, большое количество которого не совместимо с нормальной жизнедеятельностью.
Опасные повреждения
На проходящей сейчас Олимпиаде в Южной Корее профессиональные спортсмены демонстрируют навыки, полученные за годы непростых и изнуряющих тренировок. Без сомнения, они являются гордостью своих стран, но именно спортсмены больше всего подвержены частым травмам.
Как известно сегодня, повторяющиеся повреждения бывают не менее опасны, чем единовременные. Особенно хорошо этот факт проявляется на примере травмы головного мозга. В процессе продолжающихся сильных ударов по головной коре, в мозге человека может скапливаться тау-белок. В обычном количестве он выполняет важную функцию по образованию микротрубочек цитоплазматической структуры клеток, но при переизбытке тау-белок начинает скапливаться, переходя в нерастворимую форму. Подобный эффект также часто обнаруживается при болезни Альцгеймера. Поэтому ученые проявляют интерес к изучению тау-белка.
Одним из интересных объектов исследования стали дятлы. Их образ жизни и система питания предполагают постоянный тяжелый труд по пробиванию древесной коры своим клювом, дабы добраться до добычи. Постоянно повторяющиеся удары не могут не оказывать влияния на мозг дятлов, ведь сила их удара клювом огромна.
Американские ученые из штата Массачусетс рассмотрели мозги 10 особей дятлов из 5 видов, а также черных дроздов, которые не сталкиваются с постоянным «сотрясением мозга», для чистоты эксперимента. Мозг птиц был разделен на небольшие срезы и окрашен специальным раствором для выявления наличия тау-белка. Анализ под микроскопом позволил установить, что в мозге дятла его количество довольно высокое, в то время как в мозге дроздов его обнаружено не было.
Несмотря на полученные результаты, данных о наличии у выбранных особей каких-либо повреждений головного мозга нет. В итоге возникает вопрос, страдают ли дятлы в процессе своей жизнедеятельности или содержащийся в их мозге тау-белок обеспечивает им защиту? Дальнейшие исследования должны ответить на этот вопрос, а также помочь разобраться с причинами болезни Альцгеймера.
Представьте, что в течение дня вы бьетесь головой по дереву 12000 раз. В конце дня ваша голова, несомненно, раскалывалась бы от боли, а вот дятлы занимаются этим ежедневно. Дятлов, обитающих уединенно в лесу, можно определить по характерной волнистости полета: три или четыре быстрых взмаха крыльями поднимают их вверх, а затем опускают вниз.
Существует около 200 видов дятлов. У этих птиц очень широкий ареал обитания, но в основном они живут в лесистой местности. Размеры разных видов дятлов варьируются от 15 до 53 см.
Из-за огромных энергозатрат дятел постоянно испытывает голод. К примеру, черный дятел (родом из Северной Америки) в один присест может съесть 900 личинок жуков или 1000 муравьев; зеленый дятел съедает до 2000 муравьев в день. Этот поистине «волчий аппетит» имеет свою цель: дятлы играют важную роль в контроле насекомых, помогают ограничивать распространение заболеваний деревьев, уничтожая переносчиков болезней. Таким образом, птица дятел помогает сохранять леса.
Ни одна другая птица не способна на такое как дятел
Дятел способен совершать удары по дереву со скоростью 20–25 раз в секунду (что почти вдвое превышает скорость работы пулемета) 8000–12000 раз в день!
Дятел способен совершать удары по дереву со скоростью 20–25 раз в секунду (что почти вдвое превышает скорость работы пулемета) 8000–12000 раз в день!
Когда эта птица наносит удары по дереву, она задействует невероятную силу. Если эту же силу применить к черепу любой другой птицы, её мозг быстро превратился бы в кашу. Более того, если бы человек ударился головой об дерево с такой же силой, он, если бы и выжил после такого сотрясения, получил бы очень серьезную травму мозга. Однако ряд физиологических особенностей строения дятла предотвращают все эти трагедии. Каким же образом они обеспечивают птице такую надежную защиту?
В недавном исследовании ученые из калифорнийского университета в Беркли обнаружили четыре противоударных преимущества дятлов:
«Твердый, но эластичный клюв; жилистая пружинистая структура (гиоид, или подъязычная кость), которая охватывает весь череп и поддерживает ; область губчатой кости в голове; способ взаимодействия черепа и спинномозговой жидкости, подавляющий вибрацию».
Система поглощения удара дятла основана не на одном каком-то факторе, а является результатом комбинированного действия нескольких взаимозависимых структур.
Дятел это птица у которой настоящий амортизатор в голове
Когда дятел барабанит по дереву со скоростью до 22 раз в секунду, его голова испытывает перегрузки, достигающие 1000 g (человек был бы в «нокауте» уже при 80–100 g). Как же дятлам удается выдерживать такое давление? Дэвид Юханз пишет:
«Каждый раз во время удара по дереву голова дятла испытывает напряжение, равное 1000 силам гравитации. Это более чем в 250 раз больше напряжения, испытываемого космонавтом во время запуска ракеты... У большинства птиц кости клюва соединены с костями черепа - кости, окружающей мозг. Но у дятлов череп и клюв отделены друг от друга тканью, похожей на губку. Именно эта «подушка» принимает на себя основной удар каждый раз, когда клюв дятла вонзается в дерево. Амортизатор дятлов настолько хорошо работает, что, по мнению ученых, человек не придумал еще ничего лучшего».
Кроме того, и клюв, и сам мозг дятла окружены специальной подушкой, которая смягчает удары.
Амортизатор дятлов настолько хорошо работает, что, по мнению ученых, человек не придумал еще ничего лучшего.
По абсолютно прямой линии
Во время «бурильных работ» голова дятла движется со скоростью, более чем в два раза превышающей скорость пули при выстреле. При такой скорости любой удар, нанесенный хотя бы под небольшим углом, просто разорвал бы мозг птицы. Однако мышцы шеи у дятла настолько хорошо скоординированы, что его голова и клюв движутся синхронно по абсолютно прямой линии. Более того, удар поглощается специальными мышцами головы, которые оттягивают череп дятла от клюва каждый раз , когда он совершает удар.
У дятла самый необычный язык в мире
После того, как дятел снимает с дерева кору, просверливает в нем дырку и находит ходы насекомых, он использует свой длинный язык, чтобы из глубины достать насекомых и личинок. Его язык способен удлиняться в пять раз, и он настолько тонкий, что заходит даже в муравьиные ходы. Язык оснащен нервными окончаниями, определяющими тип добычи, и железами, выделяющими липкое вещество, благодаря которому насекомые прилипают к нему, как мухи к липкой ленте.
В то время как язык большинства птиц прикреплен к задней части клюва и находится во рту, у дятла язык растет не изо рта, а из правой ноздри! Выходя из правой ноздри, язык разделяется на две половины, которые охватывают всю голову с шеей и выходят через отверстие в клюве, где снова соединяются (См. рис. 1). Просто поразительно! Таким образом, когда дятел летает и не использует свой язык, он хранится в скрученном состоянии в ноздре и под кожицей позади шеи!
Эволюционисты верят, что дятел произошел от других птиц с нормальным языком, который выходил из клюва. Если бы язык дятла был сформирован лишь случайными мутациями, они сначала должны были бы переместить язык дятла в его правую ноздрю и направить его задом наперед, но после этого он умер бы с голоду! Сценарий пошаговой эволюции (посредством мутаций и естественного отбора) никогда не смог бы создать язык дятла, так как разворот языка задом наперед не предоставил бы птице никаких преимуществ – язык был бы совершенно бесполезным до тех пор, пока не совершил бы полный круг вокруг головы, вернувшись в основание клюва .
Уникальный дизайн языка дятла явно свидетельствует о том, что он является результатом разумного замысла.
Выходя из правой ноздри, язык разделяется на две половины, которые охватывают всю голову с шеей и выходят через отверстие в клюве, где снова соединяются. Сценарий пошаговой эволюции никогда не смог бы создать язык дятла, так как разворот языка задом наперед был бы бесполезным до тех пор, пока не совершил бы полный круг вокруг головы, вернувшись в основание клюва.
Дятел имеет самый настоящий клюв-зубило
Имееь чрезвычайно крепкий клюв, которого нет у большинства других птиц. Его клюв достаточно сильный, чтобы входить с силой в дерево и при этом не складываться как гармошка. Ведь дятел стучит им по дереву со скоростью около 1000 ударов в минуту (почти в два раза больше скорости боевого автомата), а его скорость в момент удара составляет до 2000 км в час .
Скорость клюва дятла в момент удара дерева достигает 2000 км в час.
Кончик клюва дятла имеет форму зубила, и подобно резцу он способен проникнуть в самое твердое дерево. Однако, в отличие от строительного инструмента, его никогда не нужно затачивать!
X-лапки
Два пальца на лапке дятла направлены вперед, а два – назад. Именно такое строение помогает ему легко перемещаться вверх, вниз и вокруг стволов деревьев (у большинства птиц три пальца направлены вперед, а один – назад). К тому же, система подвешивания, которая включает сухожилия и мышцы ног, острые когти и жесткие перья хвоста, на кончиках которых находятся шипы для опоры, позволяет дятлу поглощать силу молниеносно повторяющихся ударов.
Глаза дятла
Когда дятел стучит по дереву со скоростью до 20 раз в секунду, его веки каждый раз закрываются за мгновение до того момента, когда его клюв приближается к своей цели. Это своего рода механизм защиты глаз от щепок. Закрытые веки также удерживают глаза и не дают им вылететь наружу.
Дятел эволюционировал?
Дизайн дятла – абсолютно неразрешимая проблема для тех, кто верит в эволюцию. Каким образом у дятлов могла пошагово эволюционировать система особых амортизаторов? Если бы ее не было в самом начале, все дятлы давно бы уже вынесли себе мозги. А если когда-то и было такое время, когда дятлам не нужно было сверлить дырки в деревьях, амортизаторы были бы им не нужны.
Предположим, у дятла появился длинный язык, прикрепленный к правой ноздре, но у него полностью отсутствует сильный клюв, мышцы шеи, амортизаторы и т.д. Как дятел использовал бы свой длинный язык, если бы у него отсутствовал другой вспомогательный аппарат? С другой стороны, допустим, что у птицы появились все необходимые для просверливания дырок в дереве средства, но нет длинного языка. Он проделывал бы отверстия в дереве, предвкушая вкусный обед, но не мог бы достать насекомых. Всё дело в том, что в неснижаемо сложной системе ничего не может работать, если не работает всё .
Для тех, кто верит в эволюцию дятла, летопись окаменелостей представляет еще одну серьезную проблему. Ископаемых дятлов в летописи практически нет, поэтому отследить в ней предполагаемое постепенное развитие дятлов из простых птиц невозможно.
Заключение
Дятел с самого начала должен был иметь такое уникальное строение, чтобы выжить в своем головосокрушительном ритме жизни. Это свидетельствует лишь об одном: Бог создал дятла с уникальными характеристиками, как и говорит нам книга Бытия. Как и все другие живые организмы, дятлы – веское доказательство существования небесного Творца!
Ссылки и примечания
Голова дятла вдохновляет дизайнеров амортизаторов
Возможно, в будущем эксперты, расследующие причины аварии самолета и расшифровывающие данные черного ящика, не раз добрым словом вспомнят о золотолобом дятле (Melanerpes aurifons). Почему? Все дело в амортизаторе, который создали ученые, вдохновленные способностью дятлов выдерживать резкое торможение.
Исследователи решили найти искусственные аналоги, чтобы создать механическую систему амортизации, которая защищала бы микроэлектронику, подвергающуюся большим силовым нагрузкам. Для имитации сопротивления деформации клюва дятла они использовали металлический амортизатор в виде цилиндра. Способность гиоида распределять механические нагрузки имитировалась слоем резины, вложенным в цилиндр. Функцию черепа и спинномозговой жидкости выполнял слой из алюминия. Виброустойчивость губчатой кости воспроизводилась с помощью плотно упакованных стеклянных полых шариков диаметром 1 мм
Для испытания своей системы ученые поместили её в пулю и из газового ружья выстрелили по толстой алюминиевой стене. И что же они обнаружили? Их система защитила электронику внутри капсулы от удара силой до 60000 g. Современные черные ящики способны выдерживать удары не более 1000 g.
Помимо возможной роли в защите электронной начинки черных ящиков, такой амортизатор может быть полезен при создании бетонобойных бомб, а также в качестве щита для космических кораблей от столкновений с микрометеоритами и космическим мусором. Его также можно использовать для защиты электроники в автомобилях и при создании защитных средств для спортсменов-мотоциклистов.
- Маркс П. Woodpecker"s head inspires shock absorbers // New Scientist. Posted on newscientist.com February 4, 2011, accessed February 11, 2011.
Дятел в день делает порядка 12 тыс. ударов головой, при этом, не нанося себе никакого вреда! Этот удивительный факт не поддавался никакому объяснению, ведь при этом создаётся перегрузка в 1 тысячу раз больше, чем при свободном падении. Установлено, что некоторые виды дятлов, в процессе долбления коры дерева, способны двигать клювом со скоростью почти 25 км/ч! При этом его голова отбрасывается назад с огромным отрицательным ускорением, которое более чем в два раза превышает то, которое космонавты испытывают при старте! Совсем недавно, группа учёных из Китая смогли ответить на вопрос: «Почему у дятла не болит голова?».
Оказывается, дятел обладает несколькими уникальными способностями, и интересным строением головы.
Впервые полностью расшифровать механизм предохранения головы дятла от сотрясения удалось двум американским ученым, Айвану Швобу из Калифорнийского университета в Дэвисе и Филиппу Мэю из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которые в 2006 году получили за это открытие Игнобелевскую премию (это премия, которую ученые получают за «открытия, вызывающие сначала лишь смех, а потом заставляющие задуматься»; в мире науки эта премия не менее популярна, чем Нобелевская). Биологи исследовали этот механизм на примере златолобого дятла (Melanerpes aurifrons ), обитающего в лесах США, однако считают, что, видимо, такая система безопасности свойственна всем представителям дятлообразных (Piciformes ).
Итак, почему же дятел не получает сотрясение мозга. Во-первых, потому, что его сверхтвердый клюв ударяет в ствол строго перпендикулярно поверхности последнего, не сгибается и не вибрирует от удара. Это обеспечивает скоординированная работа шейных мышц - при «долбительных» работах действуют лишь те мышцы, которые отвечают за движение головы вперед-назад, а те, которые осуществляют боковые движения шеи, бездействуют. То есть дятел чисто физически не может отклониться от выбранного курса.
Кроме того, черепную коробку этой птицы и ее мозг отделяет лишь тонкий слой внутричерепной жидкости, что не позволяет вибрациям набрать достаточно силы для опасного воздействия на мозг. Кроме того, эта жидкость довольно вязкая, поэтому сразу же гасит все возникающие от удара волны, способные повредить важнейший нервный центр.
Также важную роль в защите мозга от сотрясений играет гиоид - важнейший элемент подъязычной кости птиц, который сам по себе является скорее хрящом, чем настоящей костной тканью. У дятлов он чрезвычайно развит, весьма обширен и протяжен, располагается не только в глотке (как у млекопитающих), а заходит и в носоглотку, обернувшись перед этим вокруг черепа. То есть внутри черепной коробки у этой птицы имеется дополнительный упругий амортизатор.
Кроме того, как показало исследование внутреннего строения черепных костей дятла, почти все они содержат губчатую пористую ткань, которая является дополнительным амортизатором. В этом отношении череп дятла скорее похож на таковой у птенца, чем у взрослой птицы (у которой доля губчатого вещества в костях чрезвычайно мала). Так что те вибрации, которые не удалось «погасить» черепной жидкости и гиоиду, «успокаивает» губчатое вещество костей.
Кроме того, дятел имеет еще своеобразный «ремень безопасности» для глаз - во время удара третье веко (мигательная перепонка) опускается на глаз этой птицы, чтобы уберечь глазное яблоко от вибрации и не допустить отслоения сетчатки. Так что зрение у дятлов, несмотря на «долбительный» образ жизни, всегда в порядке.
Ну и, конечно, для того, чтобы в черепе поместились все эти системы безопасности, дятлам пришлось существенно сократить поверхность своего мозга. Однако глупее остальных птиц от этого они вовсе не стали - наоборот, дятел весьма умен и обладает достаточно сложным территориальным и гнездовым поведением. Дело в том, что, в отличие от млекопитающих, у птиц процессы высшей рассудочной деятельности происходят вовсе не в коре больших полушарий, а в лежащих под ней полосатых тельцах и слое, называемом гиперстриатум. А эти части мозга исходно занимают не очень большую площадь, потому что находящиеся в них нейроны достаточно плотно упакованы. Поэтому дятел может легко сжать свой мозг без ущерба своему интеллекту.
Итак, чему же эта умная птица может научить людей? Да хотя бы тому, как разрабатывать совершенные противоударные конструкции. Подобную работу недавно проделали американские ученые из Лаборатории биоинженерии Университета Беркли. Тщательное изучение замедленной видеосъемки «долбежки» и данных томографии дятлов позволило им разработать искусственную демпфирующую (то есть, обеспечивающую безопасность) систему, аналогичную таковой у дятлов.
Роль супертвердого клюва в искусственном демпфере может играть прочная внешняя оболочка - например, стальная или титановая. Функцию внутричерепной жидкости в данном устройстве берет на себя второй, внутренний слой металла, отделенный от внешнего, стального, эластичным слоем. Под ним находится слой твердой, но, в то же время эластичной резины - аналог гиоида. А «заменителем» губчатых структур является заполнение всего пустого объема под этой резиной плотно упакованными стеклянными шариками размерами около одного милиметра. Доказано, что они очень эффективно «распыляют» энергию удара и блокируют передачу опасных вибраций на самую ценную центральную часть, ради которой все эти системы и существуют - то есть некий «мозг».
Подобный демпфер, по мнению разработчиков, может защищать разные хрупкие конструкции, например, электронику, от сильных ударов. Можно помещать в такую оболочку «черные ящики» самолетов, бортовые компьютеры кораблей или использовать ее при разработке катапультирующихся устройств нового поколения. Не исключено, что эту оболочку можно также использовать в корпусе автомобиля как дополнительный демпфер.
После создания миниатюрного прототипа, исследователи провели первые испытания данной оболочки. Они поместили его в пулю и из газового ружья выстрелили ей в толстый лист алюминия. Перегрузка от удара достигла 60000 g, но демпфер эффективно защитил спрятанную в нем электронную начинку. Значит, данная система достаточно эффективно работает. Теперь разработчики трудятся над созданием такого же демпфера больших размеров.
Китайские ученые исследовали защиту дятла от ударов и вибрации, что по их мнению может помочь создать новые антиударные материалы и структуры, которые могут быть использованы в различных сферах деятельности человека. Инженеры государственной лаборатории структурного анализа для промышленного оборудования университета Далянь обнаружили, что все тело дятла работает, как отличный противоударный механизм, поглощая энергию воздействия.
Птица клюет дерево с очень большой частотой (порядка 25 Герц) и скоростью (около семи метров в секунду), что больше в 1000 раз земной силы тяжести. Ученые сдеалали специальную 3Д компьютерную модель, используя томограмму, чтобы понять как именно дятел защищает свой мозг от повреждения.
Ученые выяснили, что большая часть энергии удара аккумулируется телом птицы (99,7%) и только 0,3% приходится на голову дятла. Часть энергии удара принимает на себя клюв птицы, еще часть подъязычная кость птицы. А та небольшая часть энергии, которая все-таки приходится на голову дятла преобразуется в тепло, из-за чего температура головного мозга сильно увеличивается.
Птица вынуждена делать перерывы между клеванием дерева, для того чтобы снизить эту температуру.
Дятел в день делает порядка 12 тыс. ударов головой, при этом, не нанося себе никакого вреда! Этот удивительный факт не поддавался никакому объяснению, ведь при этом создаётся перегрузка в 1 тысячу раз больше, чем при свободном падении. Установлено, что некоторые виды дятлов, в процессе долбления коры дерева, способны двигать клювом со скоростью почти 25 км/ч! При этом его голова отбрасывается назад с огромным отрицательным ускорением, которое более чем в два раза превышает то, которое космонавты испытывают при старте! Совсем недавно, группа учёных из Китая смогли ответить на вопрос: «Почему у дятла не болит голова?».
Оказывается, дятел обладает несколькими уникальными способностями, и интересным строением головы.
Впервые полностью расшифровать механизм предохранения головы дятла от сотрясения удалось двум американским ученым, Айвану Швобу из Калифорнийского университета в Дэвисе и Филиппу Мэю из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которые в 2006 году получили за это открытие Игнобелевскую премию (это премия, которую ученые получают за «открытия, вызывающие сначала лишь смех, а потом заставляющие задуматься»; в мире науки эта премия не менее популярна, чем Нобелевская). Биологи исследовали этот механизм на примере златолобого дятла (Melanerpes aurifrons ), обитающего в лесах США, однако считают, что, видимо, такая система безопасности свойственна всем представителям дятлообразных (Piciformes ).
Итак, почему же дятел не получает сотрясение мозга. Во-первых, потому, что его сверхтвердый клюв ударяет в ствол строго перпендикулярно поверхности последнего, не сгибается и не вибрирует от удара. Это обеспечивает скоординированная работа шейных мышц - при «долбительных» работах действуют лишь те мышцы, которые отвечают за движение головы вперед-назад, а те, которые осуществляют боковые движения шеи, бездействуют. То есть дятел чисто физически не может отклониться от выбранного курса.
Кроме того, черепную коробку этой птицы и ее мозг отделяет лишь тонкий слой внутричерепной жидкости, что не позволяет вибрациям набрать достаточно силы для опасного воздействия на мозг. Кроме того, эта жидкость довольно вязкая, поэтому сразу же гасит все возникающие от удара волны, способные повредить важнейший нервный центр.
Также важную роль в защите мозга от сотрясений играет гиоид - важнейший элемент подъязычной кости птиц, который сам по себе является скорее хрящом, чем настоящей костной тканью. У дятлов он чрезвычайно развит, весьма обширен и протяжен, располагается не только в глотке (как у млекопитающих), а заходит и в носоглотку, обернувшись перед этим вокруг черепа. То есть внутри черепной коробки у этой птицы имеется дополнительный упругий амортизатор.
Кроме того, как показало исследование внутреннего строения черепных костей дятла, почти все они содержат губчатую пористую ткань, которая является дополнительным амортизатором. В этом отношении череп дятла скорее похож на таковой у птенца, чем у взрослой птицы (у которой доля губчатого вещества в костях чрезвычайно мала). Так что те вибрации, которые не удалось «погасить» черепной жидкости и гиоиду, «успокаивает» губчатое вещество костей.
Кроме того, дятел имеет еще своеобразный «ремень безопасности» для глаз - во время удара третье веко (мигательная перепонка) опускается на глаз этой птицы, чтобы уберечь глазное яблоко от вибрации и не допустить отслоения сетчатки. Так что зрение у дятлов, несмотря на «долбительный» образ жизни, всегда в порядке.
Ну и, конечно, для того, чтобы в черепе поместились все эти системы безопасности, дятлам пришлось существенно сократить поверхность своего мозга. Однако глупее остальных птиц от этого они вовсе не стали - наоборот, дятел весьма умен и обладает достаточно сложным территориальным и гнездовым поведением. Дело в том, что, в отличие от млекопитающих, у птиц процессы высшей рассудочной деятельности происходят вовсе не в коре больших полушарий, а в лежащих под ней полосатых тельцах и слое, называемом гиперстриатум. А эти части мозга исходно занимают не очень большую площадь, потому что находящиеся в них нейроны достаточно плотно упакованы. Поэтому дятел может легко сжать свой мозг без ущерба своему интеллекту.
Итак, чему же эта умная птица может научить людей? Да хотя бы тому, как разрабатывать совершенные противоударные конструкции. Подобную работу недавно проделали американские ученые из Лаборатории биоинженерии Университета Беркли. Тщательное изучение замедленной видеосъемки «долбежки» и данных томографии дятлов позволило им разработать искусственную демпфирующую (то есть, обеспечивающую безопасность) систему, аналогичную таковой у дятлов.
Роль супертвердого клюва в искусственном демпфере может играть прочная внешняя оболочка - например, стальная или титановая. Функцию внутричерепной жидкости в данном устройстве берет на себя второй, внутренний слой металла, отделенный от внешнего, стального, эластичным слоем. Под ним находится слой твердой, но, в то же время эластичной резины - аналог гиоида. А «заменителем» губчатых структур является заполнение всего пустого объема под этой резиной плотно упакованными стеклянными шариками размерами около одного милиметра. Доказано, что они очень эффективно «распыляют» энергию удара и блокируют передачу опасных вибраций на самую ценную центральную часть, ради которой все эти системы и существуют - то есть некий «мозг».
Подобный демпфер, по мнению разработчиков, может защищать разные хрупкие конструкции, например, электронику, от сильных ударов. Можно помещать в такую оболочку «черные ящики» самолетов, бортовые компьютеры кораблей или использовать ее при разработке катапультирующихся устройств нового поколения. Не исключено, что эту оболочку можно также использовать в корпусе автомобиля как дополнительный демпфер.
После создания миниатюрного прототипа, исследователи провели первые испытания данной оболочки. Они поместили его в пулю и из газового ружья выстрелили ей в толстый лист алюминия. Перегрузка от удара достигла 60000 g, но демпфер эффективно защитил спрятанную в нем электронную начинку. Значит, данная система достаточно эффективно работает. Теперь разработчики трудятся над созданием такого же демпфера больших размеров.
Китайские ученые исследовали защиту дятла от ударов и вибрации, что по их мнению может помочь создать новые антиударные материалы и структуры, которые могут быть использованы в различных сферах деятельности человека. Инженеры государственной лаборатории структурного анализа для промышленного оборудования университета Далянь обнаружили, что все тело дятла работает, как отличный противоударный механизм, поглощая энергию воздействия.
Птица клюет дерево с очень большой частотой (порядка 25 Герц) и скоростью (около семи метров в секунду), что больше в 1000 раз земной силы тяжести. Ученые сдеалали специальную 3Д компьютерную модель, используя томограмму, чтобы понять как именно дятел защищает свой мозг от повреждения.
Ученые выяснили, что большая часть энергии удара аккумулируется телом птицы (99,7%) и только 0,3% приходится на голову дятла. Часть энергии удара принимает на себя клюв птицы, еще часть подъязычная кость птицы. А та небольшая часть энергии, которая все-таки приходится на голову дятла преобразуется в тепло, из-за чего температура головного мозга сильно увеличивается.
Птица вынуждена делать перерывы между клеванием дерева, для того чтобы снизить эту температуру.
