揭秘啄木鸟超强头盔的秘密！
揭秘啄木鸟超强头盔的秘密！
你是否好奇过为什么啄木鸟每天duangduang地撞树却不会脑震荡？这个看似平常的现象背后，隐藏着令人惊叹的科学秘密。最新研究表明，啄木鸟的"海绵状骨骼"并不是用来减震的，而是整个头部构成一个坚实的整体以提高啄击效率。此外，啄木鸟的大脑和颅骨紧密结合，减少了脑脊液，从而保护大脑不受伤害。这些发现不仅让我们惊叹于自然界的奇妙设计，还可能启发我们制造更好的防护装备哦！
从"减震器"到"锤子"：科学家的探索之路
啄木鸟以极高的速度和频率啄木，为什么它不会得脑震荡？这个动物看似平常的行为，要让人类解释起来并没有那么容易。大约50年前，科学家发现了啄木鸟大脑中的"减震结构"，一度被认为是它不得脑震荡之谜的原因。但真要刨根问底，人们发现事实并非如此。
1976年，加州大学洛杉矶分校的Philip May教授和他的同事在《柳叶刀》上发表了一篇文章：他们利用解剖学的方式发现了啄木鸟的喙和颅骨连接处是一片海绵状的多孔骨骼，由此他们推测正是这段海绵状的多孔骨骼起到减震作用。
2002年，加州大学戴维斯分校的Ivan R. Schwab教授使用CT扫描技术证实了May教授的解剖学成果：CT图像清晰地显示在啄木鸟颅内巩膜环与喙之间有一段多孔的海绵状骨骼（如上图绿色部分）。
但是，这些发现真的能解释为什么啄木鸟不会得脑震荡吗？事实上，May教授对"减震器"的说法本身抱有怀疑态度——吸收冲击会使啄木鸟在寻找食物或挖掘巢穴方面表现更差（啄得少则更费力）；这就像你在用锤子钉钉子时，中间加了一个枕头。从进化的角度来看，这一功能是不会演化出来的。
真相大白：啄木鸟没有"偏头痛"
2022年，比利时安特卫普大学Sam Van Wassenbergh教授领导的一个国际团队利用高速摄像机记录了三种啄木鸟——黑啄木鸟（Dryocopus martius）、大斑啄木鸟（Dendrocopos major）和北美黑啄木鸟（Dryocopus pilatus）的啄木全过程。为了避免个体差异，每种啄木鸟选了两只。为了拍下它们，团队走访了欧洲四家动物园和加拿大的一个实验室。
研究人员沿着头骨方向选取了三个追踪点，两个在喙上，一个在眼睛上；在对北美黑啄木鸟的测量上，增加了一个覆盖头骨皮肤的点作为第四个追踪点，他们分析了这些标记点的运动轨迹并计算了减速度的具体数值。
如果减震的说法成立，那么越靠近喙的位置（黄色）的减速度数值越大，越靠近大脑的位置（绿色）的减速度数值就会越小。研究结果清晰地表明：对比喙上的标记点，靠近颅骨的标记点没有发现明显的减速度的减少。
科学家还仔细分析了眼部减速度和喙中部减速度的相关系数，见下图。两者的相关系数越接近于0，说明减震效果越好；越接近1，则说明几乎没有减震效果。图中近乎45°倾斜角表明，啄木鸟海绵状骨骼的前后并没有减震，啄木鸟的脑袋的表现不是个减震器，而像一个坚固的刚体。通俗地说，就是个锤子。
不受损伤之谜：大脑的自我保护机制
既然啄木鸟本身头颅不具有减震的作用，那么它们是怎么保护自己的大脑不受损伤的呢？数据表明，在啄木时，啄木鸟的大脑减速度可以轻松达到惊人的400g，而只要超过135g的减速度，就能引发人类大脑的脑震荡了（要是到400g的减速度，脑浆估计都被摇匀了）。
2006年，麻省理工学院的Lorna Gibson教授就指出，人和鸟这种差异主要来源于啄木鸟的大脑和人脑的质量差别。Lorna Gibson把鸟类可以耐受如此大的减速度的原因归结为三条：
鸟类大脑很小，这降低了在相同减速度条件下大脑的受力，受力不仅正比于减速度，也与大脑的体积有关。
啄木鸟的大脑与颅骨紧密结合，减少了脑脊液，从而保护大脑不受伤害。
在鸟喙啄中树干前1毫秒，啄木鸟眼睛内的透明瞬膜（眼睑）会及时闭上，将眼球包裹得紧紧的，防止它们蹦出眼窝，啄木鸟的眼睑充当了"安全带"的作用。
从啄木鸟到现代安全帽：保护头部的创新之路
受到啄木鸟的启发，工程师们开始着手设计更加安全有效的头部保护装备——现代安全帽。他们借鉴了啄木鸟头部的减震和坚固结构，将相似的原理应用于安全帽的设计中。现代安全帽采用轻质材料制成，内部衬垫柔软，外部壳体坚固，能够有效抵御外部冲击，保护佩戴者的头部安全。
在现代工业和建筑领域，安全帽已成为不可或缺的头部保护装备。无论是在建筑工地、矿山还是其他潜在危险环境中，佩戴安全帽都能够显著降低头部受伤的风险。与啄木鸟相似，现代安全帽通过其独特的减震和防护设计，为佩戴者提供了全面的头部保护。
从啄木鸟到现代安全帽，我们看到了自然界对人类科技的深刻影响。啄木鸟的头部保护机制不仅令人惊叹，更为我们提供了宝贵的启示。在未来，随着科技的不断发展，我们期待看到更多受自然启发的创新设计，为人类的安全和健康保驾护航。