啄木鸟的生活方式冲击力相当大。当它们将喙砸向树木时，它们承受的力量足以轻易地将人撞晕。许多鸟类学家曾认为，啄木鸟头骨的形状和构成是为了减缓这种冲击，但一项新的分析表明，这些鸟类不需要或不需要这种保护。
研究人员拍摄了三种圈养啄木鸟的啄食视频，发现它们的头部像“硬锤”一样运作，以尽可能高效地啄食。研究团队得出结论，如果这些鸟类拥有减震头骨，这些结构只会碍事。更重要的是，由于啄木鸟的大脑非常小，它们不会像人类那样承受类似的撞击造成的损害，作者在《Current Biology》杂志上今日报道。
“似乎实际上这些撞击并没有人们之前设想的那么严重，”康奈尔大学鸟类学实验室的生态学家 Wesley Hochachka 说，他没有参与这项研究。
啄木鸟通过敲击树木来寻找食物、筑巢和在繁殖季节进行交流。“这基本上是啄木鸟生存所需要做的事情，所以如果它们不睡觉也不休息，它们很可能在敲击某些东西，”Hochachka 说。“根本没有喘息的机会。”
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当啄木鸟将喙砸入树皮时，它们的头部会急剧减速。比利时安特卫普大学的生物力学家、该论文的合著者 Sam Van Wassenbergh 说，这种撞击会导致头骨前部的脑组织被压缩，而后部的脑组织则会远离颅腔。
“可以合理地预期，啄木鸟已经适应了在日常活动中不会头痛或不会脑震荡，”他说。
许多研究人员认为，啄木鸟的头骨中存在某种缓冲层，像安全气囊或头盔一样。有人提出，喙和颅腔之间的海绵骨或喙周围的肌肉可以减轻撞击的冲击。
但这个想法带来了一个悖论。“鸟类将头部加速到一定的速度，赋予其运动能量，它们希望将这些能量传递给树木，以损坏或击掉树皮的碎片，”Van Wassenbergh 说。然而，减震头骨也会减弱到达树木的能量。“人们不使用带有内置减震器的锤子；这只会使锤击效率大大降低，”Van Wassenbergh 进一步解释道。
为了解开这个谜团，研究人员拍摄了来自三个物种的六只啄木鸟快速啄食的 100 多个高速视频，速度约为每秒 16 英尺。这些鸟类——黑啄木鸟、斑啄木鸟和大斑啄木鸟——涵盖了不同的体型和地理分布。研究小组追踪了喙、眼睛和头骨上几个点的运动，以了解颅腔的运动。
“如果喙的移动或海绵骨区域吸收了任何冲击，你会期望大脑的减速度比喙慢，”Van Wassenbergh 说。“实际上，在这些运动模式方面，大脑和喙之间没有区别，这意味着[它们的头部]起到了一种硬锤的作用。如果你想优化你的啄食表现，这是有道理的。”
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研究人员接下来使用计算机模型来探讨喙和颅腔之间的减震区域实际上会如何影响鸟类的啄食能力。他们计算出，这种衬垫会显著降低喙在木材中的穿透深度。
“有了这些数据，我们证明在那里安装减震器纯粹是浪费能量，”Van Wassenbergh 说。“你只需要降低撞击树木的力度就能达到与减震器相同的效果。”
最后，他和他的合作者研究了可能是什么阻止了啄木鸟遭受脑震荡。他们使用模拟充满水的腔体的计算机模型来代表鸟类和人类的大脑，发现啄木鸟受到的损伤压力不如体积较大的人类大脑在承受相同减速度时受到的压力大。
“对人类来说，我们知道大约何时可能发生脑震荡，我们以此为参考来比较啄木鸟的压力负荷。”Van Wassenbergh 说。“[鸟类]在发生脑震荡之前仍然有一些安全裕度。”事实上，啄木鸟需要以比观察到的速度快一倍的速度撞击木头，或者撞击比它们通常遇到的硬度大四倍的木头，才会遭受这种伤害。
Van Wassenbergh 指出，这并不是研究人员第一次提出啄木鸟不需要特殊保护免受脑损伤的观点，但他的团队的数据集提供了更详细的图像，说明了这些勤劳的鸟类如何在不受伤的情况下用头部撞击树干。这些实验还表明，这些生物并不是制造头盔和其他防护材料的绝佳灵感来源。
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该研究有一个提醒：这些计算旨在模拟啄木鸟的正常活动，但并没有解决如果鸟类撞击金属杆或其他坚硬材料会发生什么，Van Wassenbergh 承认。研究人员现在正在研究喙的形状如何优化啄食表现，以及啄木鸟如何在喙卡住时将喙拔出。
“这些数据‘相当有说服力’，”芝加哥菲尔德自然史博物馆的鸟类馆长 John Bates 说，但他并未排除日常啄食可能随着时间推移导致一些脑损伤的可能性。研究人员此前报道，已故啄木鸟的头骨中存在蛋白质堆积，这与患有神经退行性疾病和慢性脑损伤的人类所见的相似。然而，尚不清楚这些蛋白质在啄木鸟体内是否像在人类体内一样是脑损伤的迹象。
Bates 说，未来的研究还有一个问题是，这些新发现是否适用于其他鸟类群体。他的团队研究翠鸟，它们可以以高达每小时 25 英里的速度俯冲入水中。“啄木鸟无疑非常独特，”他说，“但它们并不是唯一会进行一些敲击活动的生物。”
