Анализ съемки высокоскоростными камерами, томография и компьютерная симуляция помогли пролить свет на то, каким образом дятлам удается уберечь свой мозг от травм.
Голова дятла, долбящего дерево, при каждом ударе движется со скоростью около 6 метров в секунду, подвергаясь при этом перегрузке, в тысячу раз превышающей ускорение свободного падения.
Китайские ученые в статье, опубликованной в издании Plos One, утверждают, что защита мозга птицы обеспечивается за счет различной длины верхней и нижней части ее клюва, а также губчатой структуры пластинчатых костей, которые гасят вибрации.
Эти наблюдения помогут разработать более прочные средства защиты головы для людей.
Ученые уже давно изучают анатомию черепа дятлов, пытаясь понять, как им удается с такой силой стучать по деревьям, не причиняя себе при этом никакого вреда.
Оказалось, что мозг этих птиц плотно прилегает к черепу, и поэтому у него просто физически нет места для движения. Кроме того, мозг дятла больше вытянут по вертикали, чем по горизонтали и, таким образом, нагрузка распределяется на большей площади.
Эксперты также подробно изучили строение подъязычной кости, которая играет в этом процессе важную роль.
Количественные характеристики
Исследователь Гонконгского университета Мин Чжан, один из соавторов научной работы, сообщил, что они с коллегами хотели выяснить численные параметры этого интересного феномена.
"Мы знали, что в прошлом исследователи, в основном, просто пытались объяснить его причины, - рассказал он в интервью Би-би-си. - Чтобы полнее раскрыть эту проблему, нужно изучить количественные характеристики, которые помогут использовать биологические механизмы в дизайне защитных головных уборов для человека и вообще в промышленном дизайне".
С этой целью ученые поставили специальный эксперимент, в котором две видеокамеры фиксировали положение дятла, долбившего клювом датчик, позволяющий измерить силу удара.
Оказалось, что при ударе птица слегка поворачивает голову, и это влияет на распространение действующих сил.
С помощью компьютерной томографии и сканирующей электронной микроскопии черепа дятла эксперты смогли во всех деталях изучить его микроструктуру и определить, в каких местах меняется плотность костей.
Все эти данные, в свою очередь, позволили использовать компьютерную симуляцию для расчета сил, действующих на голову птицы.
В результате исследователи выделили три фактора, которые предохраняют голову дятла от повреждения.
Во-первых, петлеобразная подъязычная кость, проходящая вокруг всего черепа птицы, действует как своеобразный ремень безопасности, особенно в первые мгновения после удара клювом.
Во-вторых, исследователи обнаружили, что длина верхней и нижней части клюва птицы различна, и эта асимметрия по мере передачи силы от кончика клюва к кости снижает нагрузку на мозг.
Наконец, эксперты установили, что равномерному распределению этой нагрузки и, как следствие, защите мозга способствуют также пластинчатые кости с губчатой структурой в разных точках черепа.
Ученые подчеркивают, что мозг дятлов защищен от повреждений именно благодаря сочетанию всех этих трех факторов, а не какой-то одной отдельной особенности.
bbc.co.ukскачать dle 12.1 |
