Na świecie żyje ponad dwieście gatunków dzięciołów. Każdy z nich niemal codziennie wykonuje tysiące uderzeń w pnie drzew. Mimo ogromnej siły, z jaką wykonują nawet 20 uderzeń w sekundę, nie ma to żadnego wpływu na pracę i bezpieczeństwo ich mózgu.

Dla ludzi takie zachowanie, tzn. uderzanie głową w jednolitą, twardą powierzchnię, byłoby zachowaniem mało odpowiedzialnym, bardzo niebezpiecznym i mogłoby się skończyć tragicznie. Jednak w świecie dzięciołów to kluczowa umiejętność, dzięki której ptaki te zdobywają pożywienie oraz wykuwają dziuple.

Ich mózgoczaszka jest odporna na tak potężne uderzenia. W drodze ewolucji została „przemodelowana” tak, by chronić ukryte w niej narządy przed skutkami skutkami wstrząsów.

Sprytne ptasie mózgi

Przeciętny dzięcioł uderza w drzewo około 12 tysięcy razy na dobę. Rekordowe tempo to około 20 uderzeń na sekundę – co daje 1200 uderzeń na minutę!

Ale ptaki te nie wykonują tej czynności nieprzerwanie, od rana do nocy. Gdyby rzeczywiście tak było, skutki tej pracowitości byłyby dla nich śmiertelne. Naukowcy oszacowali, że 99,7 proc. siły uderzenia zostaje wchłonięte przez ciało dzięcioła. To ewolucyjne przystosowanie jest wręcz idealne, oznacza bowiem, że energia rozkłada się na większym obszarze, chroniąc przed wstrząsami mózg.

Naukowcy stwierdzili jednak, że pozostałe 0,3 proc. energii zamienia się w ciepło, które zwiększa temperaturę czaszki i mózgu. Jeżeli ptak będzie dziobał zbyt długo, może dojść do przegrzania. Dlatego dzięcioły - zdaniem naukowców - robią sobie przerwy właśnie po to, by ich mózgi mogły się schłodzić.

To jednak nie wszystko. Czaszka dzięciołów ma specjalną konstrukcję, która pochłania odrzut powstały przy uderzeniach – konstrukcją przypomina amortyzator samochodowy. Jaka jest różnica jazdy w aucie, które ma nowe elementy zawieszenia, a takim, które ma stare zniszczone amortyzatory, nikomu nie trzeba tłumaczyć.

Naukowcy porównali też czaszkę dzięcioła dużego oraz dudka zwyczajnego – ptaka który także często uderza dziobem, ale nie w drewno, lecz w ziemię. Naukowcy odkryli, że przypominająca podkowę kość gnykowa, łącząca pewne mięśnie języka i krtani, różni się zasadniczo budową u obu gatunków ptaków.

U dzięcioła kość gnykowa otacza całą czaszkę, natomiast w przypadku dudka obejmuje tylko jej połowę – różnicę widać na poniższym zdjęciu. Naukowcy podejrzewają, że kość ta jest swoistym pasem bezpieczeństwa, utrzymującym mózg ptaka w miejscu, aby nie odbijał się od czaszki jak podskakująca piłka.

Na poniższych zdjęciach kość gnykową dzięcioła oznaczyliśmy czerwonym kółkiem. Zdjęcie czaszki po lewej ukazuje, w jaki sposób kość gnykowa otacza głowę dzięcioła. Po prawej stronie ukazano kość gnykową dudka zwyczajnego.

W czym dzięcioły mogą pomóc zawodnikom futbolu amerykańskiego?

Po omówieniu budowy czaszki, przechodzimy do kwestii wielkości mózgu. W omawianym kontekście idealnym byłoby, żeby był jak najmniejszy.

– Ptaki mają mniejsze mózgi – stwierdziła dr Ainissa Ramirez. – Z naukowego punktu widzenia mniejsze obiekty wytrzymają oddziaływanie większych sił.

Dr Ramirez jest autorką książki dotyczącej fizyki futbolu amerykańskiego Newton's Football: The Science Behind America's Game (Futbal Newtona: prawa fizyki w narodowym sporcie Amerykanów).

Autorka zastanawia się w niej, czy projektanci kasków ochronnych mogą wykorzystać rozwiązanie, w które natura wyposażyła dzięcioły, dzięki czemu zmniejszy się liczba przypadków wstrząśnień mózgu i urazów głowy, jakich doznają gracze futbolu amerykańskiego w trakcie swojej kariery.

Oprócz unikalnego kształtu kości gnykowej, ptaki charakteryzuje brak występującego u człowieka płynu mózgowo-rdzeniowego. Z tego względu to ewolucyjne przystosowanie nie przyda się w niczym projektantom kasków.

– Wprawdzie dzięcioły wiedzą, jak uchronić się przed wstrząśnieniem mózgu, ale my na razie nie potrafimy wykorzystać podpatrzonego u nich rozwiązania – zakończyła dr Ramirez.

Pozostaje nam w takim jedynie podziwiać cuda ewolucji.

这只啄木鸟不会因为持续不断地敲打而脑震荡吗？