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深度解析森林医生---啄木鸟!

2017-06-14 10:05:14 来源:

 

        啄木鸟的别称是“森林医生”,是著名的森林益鸟,除消灭树皮下的害虫如天牛幼虫等以外,其凿木的痕迹可作为森林卫生采伐的指示剂。据称啄木鸟每天能吃掉大约1500条。

  啄木鸟头部最大速度达到7米每秒左右的速度,击中树木后在短短0.5毫秒时间减速至零,其向前运动的时间是每次8~25毫秒。减速时承受的加速度达到1500g,也就是说,在这短短0.5毫秒中承受1500倍重力加速度。啄木鸟是怎样在这样的条件下还能保证头部不受损伤呢?

  研究人员表示,不同长度的上下喙和海绵构造的层状骨架结构保护了啄木鸟的大脑。

  啄木鸟的头骨是十分坚固,由骨密质和骨松质组成,其大脑周围有一层绵状骨骼,内含液体,对外力能起缓冲和消震作用,它的脑壳周围还长满了具有减震作用的肌肉,能把喙尖和头部始终保持在一条直线上,使其在啄木时头部严格地进行直线运动。

  假如啄木鸟在啄木时头稍微一歪,这个旋转动作加上啄木的冲击力,就会把它的脑子震坏。正因为啄木鸟的喙尖和头部始终保持在一条直线上,因此,尽管它每天啄木不止,多达1.2万次(需要鸟类学家再做核实),也能常年承受得起强大的震动力。

  啄木鸟的大脑和头骨之间存在着小小的硬脑膜,这样就不会像人类一样发生脑震荡。而且它们的大脑上下尺寸长于前后的尺寸,这就意味着作用在头骨上的力量被更好的分散了。

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  科学家通过研究发现了一种叫做舌骨的成熟骨骼,而人类只有喉结上方存在这种骨骼。舌骨从鸟嘴下面开始一直延续到鼻孔,分布于头骨的下面和四周,越过头骨顶部最终在前额处汇合。

  这项新研究的合作者之一,香港工业大学的张明说他和他的同事想用定量分析来寻求真相。他告诉BBC记者,之前的大多数研究被定性答案限制了,更多的定量分析对于回答这个有趣的问题是非常有必要的,这项研究将对人类生命保护装置的设计,甚至一些工业设计有着重要帮助。

  科学家设置一个特定的环境观察啄木鸟,他们用传感器测试啄食的力度,并用两台慢镜头摄像机将捕捉这些啄食的镜头。研究人员利用计算机断层扫描和扫描电子显微镜收集啄木鸟头骨的分析数据,详细标注了这些部分是如何组合的以及骨头密度的变化位置。借助收集到的数据,科学家能够使用电脑模拟演示啄木鸟啄食过程中对头骨产生的作用力。

  科学家通过模拟演示发现有三个因素能够减少作用力对啄木鸟的伤害。首先,环绕整个头骨的舌骨结构在最初的冲击中扮演着安全带的作用。其次,鸟嘴的上下部位不均等,当撞击力从鸟嘴尖传递到骨头的时候,这种结构削弱冲击力并使它远离了大脑。最后,头骨不同部位的“海绵”构造的层状骨骼能够帮助分散冲击力,因此也能保护大脑。

  研究人员强调,保护啄木鸟大脑不受伤害是这三个因素的综合作用,而不是其中的任何一个的单独作用。这个发现将帮助科学家设计出更加有效的保护装置来保护人类大脑。

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