药明康德，医学、生物学话题优秀答主；药明康德内容团队打造 阅读原文 从小听到大的“气囊”理论 在很小的时候，我们都了解过啄木鸟的故事。这些独树一帜的鸟儿会用它们那长长的喙持续敲击树木，每秒可以敲击惊人的 20 次。对于啄木鸟来说，这样的行为有着多重意义：它们可以找到藏身树干中的虫子，获取食物；可以凿出自己的巢穴；甚至还能以此吸引配偶。但对我们而言，啄木行为却有着令人费解之处：不知疲倦地高速撞击树木，它们的大脑不会被撞坏吗？ 不难想象，如果换作我们不停地用头撞树，我们早就脑震荡了：头部撞击时，头是停下来了，但大脑会在惯性作用下继续向前运动。于是大脑的前端受到挤压、后方被拉伸，最终可以造成大脑损伤。 但是，啄木鸟却能在日复一日的撞击中安然无恙。对此，科学界的主流猜想是，它们颅骨上有一块松质骨，如同一块海绵，起到减震吸能的作用。这样，啄木鸟就天生装备了一枚“安全气囊”，从而避免大脑遭受损伤。 ▲啄木鸟头骨示意图，绿色的松质骨被认为能在撞击时起到保护作用。（图片来源：参考资料[1]） 新研究挑战“气囊”理论 这个我们从小听到大的理论，看上去合乎情理。但现在，一项发表于《当代生物学》的全新研究向这个观点发起了强有力的挑战。 研究团队想要探索的是，啄木鸟在撞击树木时究竟有没有缓冲避震。毕竟，虽然猜想由来已久，但没有人真正捕捉到松质骨起缓冲作用的场景。 为此，研究团队利用高速摄影机拍下了 6 只啄木鸟的 109 段啄木视频。这些啄木鸟分属 3 个物种：黑啄木鸟（Dryocopus martius）、北美黑啄木鸟（Dryocopus pileatus）和大斑啄木鸟（Dendrocopos major）。 他们对视频中啄木鸟喙、眼睛与头部特定的点进行定位追踪，这样可以精准地捕捉不同部位的运动是否同步。结果是，在撞击时，眼睛与喙的减速完全同步。由于松质骨就在眼睛前方，眼睛与喙同步的减速现象说明松质骨完全没有起到减震的作用。 啄木鸟撞树的秘密https://www.zhihu.com/video/1532312727204261888 接下来，研究团队基于这些视频数据创建了模型，模拟结果显示减震过程根本无法保护它们的大脑。原因也不难理解：如果松质骨真的吸收了撞击产生的部分动能，那么啄木鸟通过撞击施加的力就受到了削弱。因此，它们啄木的效率就会下降。要钻进同样深的位置，啄木鸟需要更用力地撞击，从而抵消减震装置的作用。 既然没有“安全气囊”，那么啄木鸟是如何避免在持续的头部撞击中出现脑震荡与大脑损伤的？ 研究团队根据模拟计算得到的答案非常简单：啄木鸟撞击时大脑所承受的压力，根本没有达到脑震荡的阈值。事实上，如果同样的应力作用到我们的头上，足以引发脑震荡。但啄木鸟的大脑长度只有人类大脑的 1/7，这意味着它们可以承受的作用力是我们的 7 倍。 ▲高速摄影机下啄木鸟的撞击瞬间（图片来源：Erica Ortlieb & Robert Shadwick/University of British Columbia） 根据研究团队的模拟，只有当啄木鸟将撞击树木的力度提升至目前的 4 倍，或者撞击速度翻倍时，它们才会真正遭受脑部损伤。而目前的撞击程度，即使没有“气囊”保护，也不会造成损伤。此外研究团队还推测或许它们拥有某种机制来预防、修复微小的脑外伤。 当然，也有科学家认为，现在还不是抛弃“气囊”理论的时候。例如，一些啄木鸟在啄木之余，也会撞击更坚硬的物体，甚至是金属。在这种情况下，它们是松质骨可能会发挥作用。当然，无论啄木鸟撞击时“不坏之身”的完整机制是什么，对于我们来说，这都是羡慕不来的特殊技能。因此，无论什么情况下，都要好好保护自己的大脑呀。 参考资料： [1] Van Wassenbergh et al. Woodpeckers minimise cranial absorption of shocks. Current Biology(2022) https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)00855-7 [2] Woodpeckers’ heads act more like stiff hammers than safety helmets. Retrieved July 14th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/957444 [3] Contrary to popular belief, woodpeckers don’t protect their brains when headbanging trees. Retrieved July 14th, 2022 from https://www.science.org/content/article/contrary-popular-belief-woodpeckers-don-t-protect-their-brains-when-headbanging-trees 阅读原文
