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啄木鸟的减震绝招
文章来源： &&&&&&&&&&&&责任编辑：壮妞
　　啄木鸟是森林中树木的医生，它们会及时的发现生了虫的树木，给它们捉虫治病，同时这些讨厌的害虫也是啄木鸟食物的主要来源。　　世界上有啄木鸟200多种，我国有大约20多种。啄木鸟属于鸟纲，是形目鸟类通称，是重要的森林益鸟。分布极为广泛，大多数地区都能见到。　　在寂静的山林里，我们经常会听到“笃……笃”的声音，然后会看到一只啄木鸟攀在树干上，用它的喙叩敲着树木。这正是啄木鸟在捕捉森林害虫，为树林“治病”。　　“森林医生”啄木鸟　　啄木鸟的身体结构比较特殊，适合于捕捉隐藏在树木中的害虫。它的喙成凿状，舌头极长，舌端有钩，而且能森林保卫者啄木鸟再快的啄木速度也不会头疼伸出口外甚远。尾巴呈楔状，羽毛硬而富于弹性，足较短，趾两两相对，趾有锐爪，特别适于攀缘在树上。平时可以用锐爪紧紧抓住树木，坚硬的尾巴像个支柱，使身体保持平衡，啄木鸟的特殊舌和爪又能帮助支撑体重，这样能够灵巧地沿着树干快速移动，同时还能跳跃。它那坚硬的长喙，通过敲击树林作声，可以准确地寻找蛀虫，一旦发现树内有虫，即啄破树皮，以舌探入，连粘带勾，取出害虫吞下。　　啄木鸟的食量很大，一口气可以吞下900条甲虫的幼虫或1000只蚂蚁，而且食类广泛，毛虫、甲虫、天牛、天蛾和虫茧来者不拒。一对啄木鸟就能“保卫”数十亩树木免受虫害。　　动物学家曾精确研究过啄木鸟觅食的行为，发现它们啄木的频率达到每秒15～16次，头部向前运动的速度几乎是声音在空气中的速度的2倍，比冲锋枪发射子弹的速度还要快得多，相当于每小时越过2092公里。科学家们经计算得出，在如此快的速度下，啄木鸟头部所承受的冲击力等于它所受重力的1000倍，相当于太空人乘火箭起飞时所受压力的250多倍。　　啄木鸟啄木时，在如此大的冲击力作用下，为什么脑部从来不会受损伤，也不会产生头痛症呢？动物学家对啄木鸟的头部进行解剖时找到了答案，原来啄木鸟的头骨十分坚固，并在大脑的周围有一层海绵状骨骼，里面充满了液体，在它的脑骨外的肌肉特别发达且能够消减震动，啄木鸟的头颈部的肌肉配合得天衣无缝，不会产生一点误差，因此它在啄木运动时喙与头部始终保持在一条直线上，这样，尽管啄木鸟每天啄木达1.2万次，它的头部不会受到任何损伤。假如啄木鸟在啄木时头部稍微一歪，这个旋转动作加上冲击力，就会损伤脑部，但事实上是不会出现的。　　科学家们从啄木鸟的头部结构中得到了启示，在设计安全头盔时，更先进的减震头盔盔顶又坚又薄，在内部填充了坚固轻便的海绵状材料外，还装上一个保护领圈，由于头部保持直线向前，不产生转动，就可保证平安，所以这种头盔比一般防护帽安全得多。除此之外在精密物品的包装运输时，也常使用一些海绵状的减震填充材料。　　啄木鸟啄木的频率那么快而不会脑震荡，它们有什么绝招呢？　　答：啄木鸟的头骨十分坚固，并在大脑的周围有一层海绵状骨骼，里面充满了液体，在它的脑骨外的肌肉特别发达能够消减震动；再加上啄木鸟头颈部的肌肉配合的很好，因此不会脑震荡。
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啄木鸟每天咚上万次不得脑震荡　种族优势扛起森林医生大任
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核心提示：一只啄木鸟，平均每天咚咚咚啄木12000次。啄的时候每秒能啄20次，其头部撞向树干的速度是每小时24千米。为什么他不会得脑震荡？简单来说，就是因为它们有特别的大脑和头骨生理构造。
啄木鸟每天咚上万次不得脑震荡 种族优势扛起森林医生大任
一只啄木鸟，平均每天咚咚咚啄木12000次。啄的时候每秒能啄20次，其头部撞向树干的速度是每小时24千米。简单来说，就是因为它们有特别的大脑和头骨生理构造。
啄木鸟的头骨构造
啄木鸟有“树木的医生”这一美誉，作为树木的医生，啄木鸟并非浪得虚名，原因就是这种鸟能够用长长的喙刺穿树皮，啄出其中的害虫，从而帮助树木免受病虫的危害，保持健康。啄木鸟的这个名字也因为这种鸟常常用嘴啄树木而得来。
那么问题来了，由于啄木鸟需要常常啄穿树木，因此它的整个头部会和树木产生比较强烈的震动，尤其是因此产生的“哒哒”声更让人为它的头担忧。这样长时间下来，啄木鸟会不会因此而引发脑震荡呢?
我们的这个担忧并不是没有道理的，原因就是如果拿我们人类和啄木鸟类比的话，啄木鸟因为啄树木出现脑震荡的可能性是很大的。我们人类在日常生活中，如果头部与硬物出现比较严重的碰撞的话，很容易引发程度不等的脑震荡，何况啄木鸟个头比人类小得多，而且还是头部长时间与树木相互撞击，其引发脑震荡的几率应该更高。
事实是，这种担忧显然是过虑了。因为啄木鸟为了适应这份“职业”进行了身体结构上的进化，以便能成为合格的树木医生。根据研究表明，啄木鸟的脑部构造进行了适应性的进化，它们脑部组织附近的肌肉能够对大脑起到很好的减震作用。啄木鸟的大脑比较小，这样就使包覆在大脑之外的头部结构的面积相对较大，大脑因此而承受的撞击力相对分散。啄木鸟在啄击树木时，它的喙啄击的方向会与树木保持垂直，以避免在于树木撞击的一刹那出现晃动，从而产生导致脑膜撕裂或者脑震荡的扭力。
此外，啄木鸟的头部也是很巧妙的减震装置，它的头骨非常的厚实，而且头骨之中还有许多细小的腔空，如同一块海绵一样，很好地分散了撞击对头部带来的震荡。
除了头骨之外，啄木鸟大脑表层还有一层被称为软脑膜的薄膜，软脑膜的外面还有一层被称为蛛网膜的薄膜。这两层薄膜之间还夹着一个叫做蛛网膜下腔的空腔，该空腔十分狭窄，里面几乎没有脑髓液存在，这样也避免了因为撞击引发脑液传动而对大脑带来的震荡。
啄木鸟用来啄击树木的器官——喙也有减震装置，这个减震装置就是其下颚的软骨。啄木鸟的下颚通过一块十分强健发达的肌肉与头骨联系起来，在喙与树木产生碰撞之前，这块肌肉会快速收缩，其作用是成为一块撞击的缓冲区，并能成功地将撞击产生的冲击力绕过大脑直接传到头骨的底部和后部。
此外，啄木鸟眼睛在减震方面也有着十分巧妙的组织结构。在啄击树木的一瞬间，啄木鸟眼睛的瞬膜会快速闭上，以避免溅出的木屑溅到眼睛，同时将眼球包住，避免其因撞击被蹦出。啄木鸟眼睛中的脉络膜用一种黏多糖填满空隙，能起到缓冲作用。
正是这种“武装到牙齿”的完美头部结构，让啄木鸟的头部成了一个十分巧妙的减震器，就算天天给树看病也不会出现脑震荡。
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责任编辑：白阳
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啄木鸟为什么不得脑震荡？
北航女博士在国际学术期刊发表论文解析原因成果可用于多个领域 避免人体损伤
啄木鸟为什么不得脑震荡？说起这个问题，很多人的记忆都停留在童年阅读的《十万个为什么》上，但真能解释清其中奥妙的，却并没有几人。
然而，上个月，北京航空航天大学博士生王丽珍的论文成功发表在国际著名学术期刊《Plos one》（美国国家公共图书馆综合版）上，对这个问题从学术的角度进行了解析，引起数十家海外媒体的关注。
王丽珍从啄木鸟的喙、舌骨和颅骨特殊结构3大方面对此进行了阐述，并对其未来的相关应用做了展望。记者对她进行了专访，揭秘实验过程。
起因 研究啄木鸟 减少人类损伤
北京航空航天大学生物与医学工程学院博士生王丽珍告诉记者，因为自己的研究方向是生物力学和力学生物学，早在2008年，她就将博士论文定在研究人体损伤领域。
王丽珍的导师、北航生物与医学工程学院院长樊瑜波提出：&对于脑部经常遭受冲击的啄木鸟，为什么不把对它的研究和人体损伤结合起来？&
在樊瑜波看来，啄木鸟啄树给它头部带来的冲击力，远远超过了各类事故中人类头部所受的冲击，并且这个过程它每天要重复10000次。
啄木鸟的&安然无恙&应该能给人类带来很大启示，通过对内部原因的探求，也可以更好地认识人体损伤时的生物力学机理，提高防护措施。
王丽珍采纳了导师的建议，&啄木鸟为什么不得脑震荡&这个在小学便遇到的问题，最终成为了她的博士毕业论文题目。
但王丽珍没有想到，从这之后的两年多时间，自己的生活会完全围绕着啄木鸟啄木时那个瞬间展开。
实验 走遍鸟市 才找到一只受伤啄木鸟
按照王丽珍和导师的设想，论文的实验首先要用高速摄像机录下啄木鸟啄木的那个瞬间，之后进行数据分析，再输入电脑中的数学模型中。
通过对参数和反应分析，来研究&啄木鸟不得脑震荡&的真正奥秘。
这样一个方案，首要任务就是找一只真正的啄木鸟来。让王丽珍始料不及的是，这一找就是半年。
&你要买啄木鸟？对不起，我这儿没有。&从2008年10月到2009年3月，王丽珍几乎走遍了北京所有的鸟市。最后，还是在已经去了不知道多少次的官园，找到了一只受伤后获救的啄木鸟。
把啄木鸟带回实验室后，新的问题随之产生。因为不适应新环境，别说实验需要的啄木头，小家伙在笼子中甚至都懒得动一下。
实验楼里来了只啄木鸟，楼上楼下的同学都来看新鲜。但王丽珍自己可没这份心情，她每天从早到晚守在笼子边，生怕出什么意外。
夜里12点离开，早上6点就到，王丽珍成了实验楼最晚离开、最早到来的那个人。直到两周后，啄木鸟重新恢复了生机，开始在笼中来回踱步。
两台摄像机 一秒拍2000张照片
进入实验实际操作阶段，对王丽珍的考验还在继续。
两台高速摄像机，从不同角度拍摄啄木鸟啄木的瞬间，一秒钟就被分解成2000张照片。
但啄木鸟啄木的速度同样奇快无比，王丽珍一不小心，按键的速度稍慢了，她所需要的瞬间图片就稍纵即逝。
就这样，近三个月的时间里，王丽珍在实验室不断重复着按键、拍摄、再按键、再拍摄的这个过程。
最终，王丽珍利用运动生物力学观测、解剖形态学等方法全面分析了啄木鸟撞击树干的过程后发现，啄木鸟头部特殊的结构和材质有效地帮助它缓解了啄木给头部带来的冲击力。
具体来说，下喙比上喙长、舌骨特殊、颅骨呈现海绵状这三大特征让啄木鸟免受脑震荡之伤。
成果 论文发表 收到路透社采访函
今年4月，经过十多次的修改，王丽珍最终将论文投给了国外知名学术期刊《Plos one》（美国国家公共图书馆综合版），7月初，杂志的初审意见反馈回来：&这是一个业界的闪光点，会引起很多有趣的工作。&
9月底，杂志社发来通知，王丽珍的论文已被采用。没过几天，又是一封邮件，希望王丽珍能提供一些实验时的图片，她的这篇论文已被选为当期杂志的封面。
王丽珍告诉记者，论文10月26日发表后，她的邮箱顿时塞满了包括路透社、BBC、《纽约时报》等几十家媒体发来的采访函，王丽珍和她的啄木鸟走上了世界各大媒体的版面。
前景 细化研究 最终投入实际生产产品
&对于啄木鸟头部抗冲击的生物力学机制的深入研究将有助于交通事故、航空救生等领域对人体头部冲击性损伤机制的认识及对防护措施、设备的改进。&樊瑜波说。
王丽珍表示，在今后的一两年时间里，她还将继续该领域的研究。最终的目标是将这次对&啄木鸟&的研究成果形成具体的防护产品设计方案，与企业合作，投入实际生产中。 （法制晚报）
&& 啄木鸟不得脑震荡原因示意图及应用
原因1：上下喙不等长
下喙承载部分比上喙长1.2毫米且更坚硬
原因2：舌骨特殊
舌骨自喙下侧开始，分左右岔绕到颅骨后侧，并在前额前方再度交会
海绵状结构改变受力点
作用：撞击时应力可集中于下颚，避免撞击力传导到脑部造成脑损伤
根据啄木鸟舌骨构造设计的座椅
作用：特殊的舌骨好像是&安全带&，有效地避免了颈椎受伤风险
应用： 通过改变发生碰撞时交通设施的受力点，避免冲击力被传导到驾驶室等人员所在的位置
应用：以此设计交通设施的座椅，达到保护乘客颈部和头部的作用，避免在发生碰撞时颈椎受伤
原因3：颅骨有&弹性&
Micro-CT扫描显示，啄木鸟颅骨有不同于其它鸟类的海绵状的骨小梁，可使颅骨更有&弹性&
应用： 啄木鸟颅骨特殊的密度结构，可应用于材料的设计制作上，使交通设施的材质更便于吸收冲击力
作用：可有效地缓冲撞击
[责任编辑：王尚喆]
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