啄木鸟头部的防震装置

刘天毅

被人们称为“森林医生”的啄木鸟在我国分布较广，种类约有180～200种。因啄木鸟的主食是害虫，对防止森林虫害有很大的作用，所以它被冠以“森林医生”的美名。啄木鸟的嘴强劲有力并且平直而尖，很像木工用的凿子，这不仅让它能够啄开树皮，而且还能够啄开坚硬的木质部分。

啄木是啄木鸟最主要的活动之一，它不仅通过啄木觅食，而且靠啄木在树干中挖洞建巢、表达情感和示威。据科学家观察发现，啄木鸟啄木的次数一天可达12 000次，頻率达到每秒20次，每次撞击的减速力可达重力的1 200倍，这相当于以每小时25千米的速度撞击墙体。如果人类像啄木鸟这么做的话，毫无疑问将会导致脑震荡等致命后果。

据美国科学家May等人用高速摄像机的观察显示，啄木鸟头部的最大速度可达7m/s，击中树木后在短短0.5毫秒内减速至零，减速时承受的加速度达到1 500m/s。也就是说，在这短短的0.5毫秒内，啄木鸟将承受1 500倍的重力加速度。

让人不解的是，啄木鸟在这样的条件下为什么还能够保证头部不受任何损伤。原来，啄木鸟的头骨十分坚固，由骨密质和骨松质组成。在啄木鸟的大脑周围有一层绵状骨骼，内含液体，对外力起着缓冲和消震作用。它的脑壳周围还长满了具有减震作用的肌肉，能让喙尖和头部始终保持在一条直线上，使啄木时的头部保持直线运动。啄木鸟的大脑和头骨之间还有较小的硬脑膜，并且大脑上下长度比前后长度长一些，这能有效地分散作用在头骨上的强大冲击力。

科学家通过研究还发现，一种叫做舌骨的成熟骨骼起着安全带的作用，它从鸟嘴下面开始一直延续到鼻孔，分布于头骨的下面和四周，越过头骨顶部最终在前额处汇合。如此算来，在啄木鸟的头上至少有3层防震装置。它的头骨结构疏松而充满空气，头骨的内部还有一层坚韧的外脑膜，在外脑膜和脑髓之间有一条狭窄的空隙，里面含有液体，减低了震波的流体传动，起到了消震的作用。

研究人员强调，只有这3层保护措施同时发挥作用，啄木鸟的大脑才能免遭损害，任何一个单独作用都不能起作用。这个原理给人类防震工程学提供了安全运动防护帽和防震盔的正确设计方案。现代的防护帽都有一个坚硬的外壳，里面是一个松软的套具，这中间留有一定的空隙。另外，帽子中有防护领圈，以防止在突然碰撞时造成的旋转运动，这些都是从啄木鸟啄木中得到的启示。

编辑/张烨