啄木鳥的啄木行為一直備受人類的關注,這種行為一般是用喙啄擊樹幹,這種啄擊非常地富有節奏性,作用是覓食或吸引異性。它們能以6~7m/s的速率和約1000*g的加速度瘋狂啄擊樹木,在2.10~2.69s內就可啄擊樹幹次數多達30次以上,每天啄木總次數多達12000次,我們不禁要問:“它為什麼不會頭暈?”
要知道,啄木鳥的啄木行為實際上是一種振動與衝擊現象。振動和衝擊雖然在採礦、鑽井等作業時能夠發揮巨大作用,但當它們作用於人類的時候,如車禍、爆炸、地震等突發性災難,會直接對頭部產生衝擊,從而造成外傷性腦損傷,威脅人的生命。啄木鳥在啄木這種振動與衝擊下能夠安然無恙,是因為它在漫長的演化中,具備了頭部衝擊損害的抗性。啄木鳥的頭部抗衝擊性有其內在的生物學機理。說到這,就要對啄木鳥進行一個詳細的生理解剖。
首先,啄木鳥的頸部肌肉相當發達。如果將高強度的振動比作灰塵,那啄木鳥強健的牽引肌便是吸塵器,能夠起到吸收振動的作用。使得啄木鳥在俯衝的狀態下能得到一個比較完美的垂直軌跡,從而免受振動與衝擊時產生的扭轉剪下力的影響,扭轉剪下力是導致腦脊膜撕裂或腦震盪的外傷性腦損傷的“元兇”。
第二,啄木鳥長舌中的舌骨起於其上頜骨的背面,經過右鼻孔,在眼部“分叉”,從而形成一個“彎弓”狀的架構覆於頭蓋骨上部,分叉的兩端透過枕骨周邊,在下頜骨部分伸出,最後在前額下方再次“癒合”,這種舌骨構造使其與頭蓋骨有了儘可能大的接觸面積,增加抗衝擊性。並且,啄木鳥的舌骨本身具有良好的強度和柔韌性,舌骨的“心”為靈活的軟骨,外部裹著一層薄組織層,這有點像唐朝制刀頂級工藝——包鋼法,會產生極佳的韌性。
第三,啄木鳥的喙部也成為其具有超強抗衝擊性的因素,啄木鳥的喙骨具有較高的灼燒損失(高於其顱骨)。一種骨骼的灼燒損失是指這種骨骼在燃燒時能產生更大的物質損失,也就表明其中所含骨礦物質較高,當其負載時也就能產生更大的靈活性。這樣一來,當啄木鳥發生鑽孔行為時,衝擊力在傳輸到顱骨之前,就被先接觸樹幹的喙骨吸收了一部分。
參考文獻:
1. 啄木鳥頭顱結構抗衝擊力學機理.祝昭丹.大連理工大學.2015-01-01;
2. 啄木鳥頭部抗衝擊性的生物學機理及其應用.盧珊等.中國科學:生命科學.2013-08-20;
3. 啄木鳥顱骨及頜骨的材料學特徵在頭部抗衝擊性中的作用.王麗珍等.中國科學:生命科學.2012-03-20.
啄木鳥的啄木行為一直備受人類的關注,這種行為一般是用喙啄擊樹幹,這種啄擊非常地富有節奏性,作用是覓食或吸引異性。它們能以6~7m/s的速率和約1000*g的加速度瘋狂啄擊樹木,在2.10~2.69s內就可啄擊樹幹次數多達30次以上,每天啄木總次數多達12000次,我們不禁要問:“它為什麼不會頭暈?”
要知道,啄木鳥的啄木行為實際上是一種振動與衝擊現象。振動和衝擊雖然在採礦、鑽井等作業時能夠發揮巨大作用,但當它們作用於人類的時候,如車禍、爆炸、地震等突發性災難,會直接對頭部產生衝擊,從而造成外傷性腦損傷,威脅人的生命。啄木鳥在啄木這種振動與衝擊下能夠安然無恙,是因為它在漫長的演化中,具備了頭部衝擊損害的抗性。啄木鳥的頭部抗衝擊性有其內在的生物學機理。說到這,就要對啄木鳥進行一個詳細的生理解剖。
首先,啄木鳥的頸部肌肉相當發達。如果將高強度的振動比作灰塵,那啄木鳥強健的牽引肌便是吸塵器,能夠起到吸收振動的作用。使得啄木鳥在俯衝的狀態下能得到一個比較完美的垂直軌跡,從而免受振動與衝擊時產生的扭轉剪下力的影響,扭轉剪下力是導致腦脊膜撕裂或腦震盪的外傷性腦損傷的“元兇”。
第二,啄木鳥長舌中的舌骨起於其上頜骨的背面,經過右鼻孔,在眼部“分叉”,從而形成一個“彎弓”狀的架構覆於頭蓋骨上部,分叉的兩端透過枕骨周邊,在下頜骨部分伸出,最後在前額下方再次“癒合”,這種舌骨構造使其與頭蓋骨有了儘可能大的接觸面積,增加抗衝擊性。並且,啄木鳥的舌骨本身具有良好的強度和柔韌性,舌骨的“心”為靈活的軟骨,外部裹著一層薄組織層,這有點像唐朝制刀頂級工藝——包鋼法,會產生極佳的韌性。
第三,啄木鳥的喙部也成為其具有超強抗衝擊性的因素,啄木鳥的喙骨具有較高的灼燒損失(高於其顱骨)。一種骨骼的灼燒損失是指這種骨骼在燃燒時能產生更大的物質損失,也就表明其中所含骨礦物質較高,當其負載時也就能產生更大的靈活性。這樣一來,當啄木鳥發生鑽孔行為時,衝擊力在傳輸到顱骨之前,就被先接觸樹幹的喙骨吸收了一部分。
參考文獻:
1. 啄木鳥頭顱結構抗衝擊力學機理.祝昭丹.大連理工大學.2015-01-01;
2. 啄木鳥頭部抗衝擊性的生物學機理及其應用.盧珊等.中國科學:生命科學.2013-08-20;
3. 啄木鳥顱骨及頜骨的材料學特徵在頭部抗衝擊性中的作用.王麗珍等.中國科學:生命科學.2012-03-20.