啄木鳥頭部的防震裝置

劉天毅

被人們稱為“森林醫(yī)生”的啄木鳥在我國分布較廣，種類約有180～200種。因啄木鳥的主食是害蟲，對防止森林蟲害有很大的作用，所以它被冠以“森林醫(yī)生”的美名。啄木鳥的嘴強(qiáng)勁有力并且平直而尖，很像木工用的鑿子，這不僅讓它能夠啄開樹皮，而且還能夠啄開堅(jiān)硬的木質(zhì)部分。

啄木是啄木鳥最主要的活動(dòng)之一，它不僅通過啄木覓食，而且靠啄木在樹干中挖洞建巢、表達(dá)情感和示威。據(jù)科學(xué)家觀察發(fā)現(xiàn)，啄木鳥啄木的次數(shù)一天可達(dá)12000次，頻率達(dá)到每秒20次，每次撞擊的減速力可達(dá)重力的1200倍，這相當(dāng)于以每小時(shí)25千米的速度撞擊墻體。如果人類像啄木鳥這么做的話，毫無疑問將會(huì)導(dǎo)致腦震蕩等致命后果。

據(jù)美國科學(xué)家May等人用高速攝像機(jī)的觀察顯示，啄木鳥頭部的最大速度可達(dá)7m/s，擊中樹木后在短短0.5毫秒內(nèi)減速至零，減速時(shí)承受的加速度達(dá)到1500m/s。也就是說，在這短短的0.5毫秒內(nèi)，啄木鳥將承受1500倍的重力加速度。

讓人不解的是，啄木鳥在這樣的條件下為什么還能夠保證頭部不受任何損傷。原來，啄木鳥的頭骨十分堅(jiān)固，由骨密質(zhì)和骨松質(zhì)組成。在啄木鳥的大腦周圍有一層綿狀骨骼，內(nèi)含液體，對外力起著緩沖和消震作用。它的腦殼周圍還長滿了具有減震作用的肌肉，能讓喙尖和頭部始終保持在一條直線上，使啄木時(shí)的頭部保持直線運(yùn)動(dòng)。啄木鳥的大腦和頭骨之間還有較小的硬腦膜，并且大腦上下長度比前后長度長一些，這能有效地分散作用在頭骨上的強(qiáng)大沖擊力量。

科學(xué)家通過研究還發(fā)現(xiàn)，一種叫做舌骨的成熟骨骼起著安全帶的作用，它從鳥嘴下面開始一直延續(xù)到鼻孔，分布于頭骨的下面和四周，越過頭骨頂部最終在前額處匯合。如此算來，在啄木鳥的頭上至少有三層防震裝置。它的頭骨結(jié)構(gòu)疏松而充滿空氣，頭骨的內(nèi)部還有一層堅(jiān)韌的外腦膜，在外腦膜和腦髓之間有一條狹窄的空隙，里面含有液體，減低了震波的流體傳動(dòng)，起到了消震的作用。

研究人員強(qiáng)調(diào)，只有這三層保護(hù)措施同時(shí)發(fā)揮作用，啄木鳥的大腦才能免遭損害，任何一個(gè)單獨(dú)作用都不能起作用。這個(gè)原理給人類防震工程學(xué)提供了安全運(yùn)動(dòng)防護(hù)帽和防震盔的正確設(shè)計(jì)方案。現(xiàn)代的防護(hù)帽都有一個(gè)堅(jiān)硬的外殼，里面是一個(gè)松軟的套具，這中間留有一定的空隙。另外，帽子中有防護(hù)領(lǐng)圈，以防止在突然碰撞時(shí)造成的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這些都是從啄木鳥啄木中得到的啟示。