为什么啄木鸟高速敲击树干却不会患上脑震荡？
啄木鸟是著名的森林医生。为了吃到藏在树干里的虫子，啄木鸟每秒能啄树干达20次，一天啄树干甚至达到1.2万次，每次啄击时头部所承受的加速度高达重力加速度的1200倍。啄木鸟是怎样在这样的条件下还能保证头部不受损伤的呢？
美国加州大学的鸟类学家伊万·施瓦布领导的研究团队对这个问题进行了研究，他因此获得了2006年度搞笑诺贝尔奖。
研究人员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捕捉这些啄食的镜头。他们利用计算机断层扫描和扫描电子显微镜收集并分析了啄木鸟头骨的数据，详细标注了其头骨结构组合以及骨头密度的变化位置。借助收集到的数据，科学家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。
通过模拟演示，研究人员发现有多种因素能够减少撞击力对啄木鸟的伤害，其根本原因在于啄木鸟进化出了一系列保护大脑和眼球免受撞击的装置。
首先，啄木鸟的舌骨从鸟喙下侧开始，左右分叉绕到颅骨后侧，再向上延伸，并在前额前方再度交会。这就好比一条“安全带”，可以有效避免颈椎向后折断。它的下颚是由一块强有力的肌肉与头骨联结在一起的，在撞击之前这块肌肉快速收缩，也起到了缓冲作用。
其次，啄木鸟喙的下喙比上喙长。当撞击力从鸟喙尖传递到骨头的时候，这种结构削弱了冲击力并使它远离大脑。
而且，啄木鸟的颅骨呈海绵状。它们的颅骨不仅十分厚实、坚固，其中还有很多小空隙，有点像海绵，可以分散冲击力，保护大脑。
啄木鸟的颅骨与大脑之间有三层膜，由外向内分别为硬脑膜、蛛网膜和软脑膜。蛛网膜与软脑膜之间的腔隙称为蛛网膜下腔。人的蛛网膜下腔充满了脑脊液。但是啄木鸟的蛛网膜下腔很窄小，几乎没有脑脊液，这样就减弱了震波的液体传动，对外力能起缓冲和消震作用。
啄木鸟的大脑比较小，体积小的物体表面积相对就比较大，而且它们的大脑上下尺寸长于前后的尺寸，施加在上面的压力就容易分散掉，因此它们不像人那样容易得脑震荡。另外，啄木鸟的喙尖和头部始终保持在一条直线上，敲打方向十分垂直，可避免因为晃动出现的扭力导致脑膜撕裂和脑震荡。因此，尽管它每天啄木不止，却能常年承受得起强大的撞击力。
啄木鸟的眼睛结构也十分巧妙。高速摄像表明，在撞击之前的一瞬间，啄木鸟的瞬膜会快速闭上，既避免了撞击溅出的木屑伤害眼睛，又像一个安全带一样把眼睛裹住，免得眼睛蹦出来。它们眼睛中的脉络膜用一种黏多糖填满空隙，能起到缓冲作用。脉络膜上还有一个像梳子一样的梳膜，可能也能起到防震作用，因为它一旦充血，就能暂时提高眼内压力，保护晶状体和视网膜。
研究人员强调，保护啄木鸟大脑不受伤害是这多个因素的综合作用结果，而不是其中任何一个的单独作用。这充分表明，系统的结构决定功能。这个科学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。
【知识点】啄木鸟与进化论
英国科学家达尔文在《物种起源》中一再感叹啄木鸟身体构造的巧妙，写道：“啄木鸟攀登树木并从树皮的裂缝里捉捕昆虫，我们能够举出比这种适应性更加动人的例子吗？”但是啄木鸟身体构造比达尔文设想的还要精巧得多。啄木鸟的身体构造乃是在自然选择作用下长期进化的结果，是大自然用数百万年的时间做的一个实验，研究它是如何巧妙地避免撞击带来的身体损伤，对于改进防止人类大脑损伤的保护设备，不无启发。
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【本文关键词】断裂力学 撞击防护
