新知｜啄木鸟的头究竟为什么就是撞不坏？

多年来，流行的理论一直是啄木鸟头骨内部和周围的结构吸收了啄木鸟啄食过程中产生的冲击。安特卫普大学（University of Antwerp）的生物学家萨姆·范·瓦森伯（Sam Van Wassenbergh）说：“动物园的博客和信息版块都将这一说法作为事实——啄木鸟自己就可以减震。”啄木鸟甚至启发了减震材料和装备的工程设计，例如橄榄球头盔。

但现在，在分析了记录啄木鸟活动的高速镜头后，范·瓦森伯博士及其同事正在挑战这一长期存在的信念。他们发现啄木鸟在啄食过程中不会吸收震动，它们像锤子一样使用头部而可能不会受到脑震荡。他们的结论发表在《当代生物学（Current Biology）》 上。（编者按：《当代生物学》是内容涵盖生物学各个领域的科学期刊，尤其是分子生物学、细胞生物学、遗传学、神经生物学、生态学及进化生物学等领域。）

当啄木鸟用它的喙猛击一棵树时，它就产生了一次冲击。如果这些冲击波被啄木鸟头骨中的某些东西在到达大脑之前就吸收了——就像在事故中冲击波被汽车的安全气囊在到达乘客之前吸收的方式一样——那么，在撞击时，啄木鸟的头部会比它的喙减速得更慢。

考虑到这一点，研究人员分析了6只啄木鸟（3种，每种两只）敲击一棵树的高速视频。他们跟踪了每只鸟喙上的两个点和眼睛上的一个点以标记其大脑的位置。他们发现眼睛的减速速度与喙的速度相同，在某些情况下甚至更快，这意味着——至少——啄木鸟在啄食过程中没有吸收任何震动。

范·瓦森伯博士说，如果啄木鸟吸收了它们试图传递给树的一些冲击，“这相当于是浪费宝贵的能量。事实上，啄木鸟经历了数百万年的进化，已经变得可以最大限度地减少吸收冲击能量。”安特卫普大学的生物学家、该论文的合著者马哈·梅尔克（Maja Mielke）补充说，就像锤子一样，啄木鸟的头骨“确实针对啄食性能进行了优化”。

但随着一个谜团的解开，另一个谜团出现了：啄木鸟的大脑如何能承受这种反复的冲击呢？

为了计算鸟类头骨的压力，研究人员创建了一个基于啄食运动和头骨形状和大小的计算模型，他们发现撞击产生的压力远低于导致灵长类动物脑震荡的压力。事实上，这些鸟必须以两倍于当前的速度撞到树上（或者是撞到4倍硬度的木头）才能发生脑震荡。 “我们忘记了啄木鸟比人类小得多，”范·瓦森伯说。 “较小的动物可以承受更高的减速。想想一只苍蝇撞到窗户然后又飞回来。”

“传统上，当人们提出关于动物的身体如何运作的假设时，很多时候他们甚至从未看过活体动物；他们只会从抽屉里取出骨头。”在纽约理工学院（New York Institute of Technoloty）研究进化生物力学的迈克尔·格拉纳托斯基（Michael Granatosky）说。

格拉纳托斯基博士将这项工作作为一个例子，说明还有多少有待人类去发现。 “我们认为我们知道了所有这些事情，但其实我们并不知道，”他说。

但这些发现并没有回答关于鸟类的所有问题——例如，啄木鸟在啄食过程中如何保持其头骨和喙之间的僵硬，以及可能涉及哪些其他因素可以减轻对大脑的可能损害。

“你必须考虑这些系统的复杂性，”伦敦大学学院（University College London）的进化生物学家瑞安·菲里斯（Ryan Felice）说。 “这不仅仅是骨骼和肌肉，还可能是大脑中的液体量和血压，甚至是治愈受损神经元的能力。”

（编者按：迈克尔·格拉纳托斯基及瑞安·菲里斯并非此项研究的参与者）

梅尔克女士认为这项工作是一种希望所有研究领域的科学家采取行动的号召。 “对于我们自以为已经了解的现象还是值得关注的，因为有时候，可能会出现意外，”她说，“直觉可以愚弄我们。”