Чому не болить голова у дятла
Людей, можна сказати, століттями мучила загадка: як дятли не божеволіють, цілими днями довбаючи дерева? І ось вчені нарешті розшифрували механізм запобігання мозку у цих дивовижних птахів. Чи можна використовувати це відкриття при створенні засобів безпеки для людини, наприклад, у конструкції автомобілів?
Дятел, дійсно, судячи з усього, ніколи не страждає на головний біль. І струсу мозку у нього теж не буває. Довгий час вчені не могли зрозуміти, як йому це вдається. Адже встановлено, що дятел довбає тверду поверхню зі швидкістю 20 ударів на секунду, прикладаючи силу, що в 1,2 тисячі разів перевищує силу тяжіння Землі. Для порівняння - це одно силі удару об поверхню Землі реактивного літака, що врізався в неї на повній швидкості. Ніхто з людей не вижив би після такого страшного удару. А дятлу все байдуже, щодня він добровільно зазнає цих жахливих перевантажень і нічого — живий, здоровий і веселий.
Вперше повністю розшифрувати механізм запобігання голові дятла від струсу вдалося двом американським ученим, Айвану Швобу з Каліфорнійського університету в Девісі та Філіппу Мею з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, які у 2006 році отримали за це відкриття Ігнобелівську премію "відкриття, що викликають спочатку лише сміх, а потім змушують задуматися"; у світі науки ця премія не менш популярна, ніж Нобелівська). Біологи досліджували цей механізм на прикладі златолобого дятла (Melanerpes aurifrons), що мешкає в лісах США, проте вважають, що, мабуть, така система безпеки властива всім представникам дятлоподібних (Piciformes).
Отже, чому ж дятел не отримує струсу мозку. По-перше, тому, що його надтверда дзьоб ударяє в ствол строго перпендикулярно поверхні останнього, не згинається і не вібрує від удару. Це забезпечує скоординована робота шийних м'язів - при "довбильних" роботах діють лише ті м'язи, які відповідають за рух голови вперед-назад, а ті, що здійснюють бічні рухи шиї, не діють. Тобто, дятел чисто фізично не може відхилитися від обраного курсу.
Крім того, черепну коробку цього птаха та її мозок відокремлює лише тонкий шар внутрішньочерепної рідини, що не дозволяє вібраціям набрати достатньо сили для небезпечного впливу на мозок. Крім того, ця рідина досить в'язка, тому відразу ж гасить всі хвилі, що виникають від удару, здатні пошкодити найважливіший нервовий центр.
Також важливу роль у захисті мозку від струсу відіграє гіоїд - найважливіший елемент під'язикової кістки птахів, який сам по собі є швидше хрящем, ніж справжньою кістковою тканиною. У дятлів він надзвичайно розвинений, дуже широкий і протяжний, розташовується не тільки в глотці (як у ссавців), а заходить і в носоглотку, обернувшись перед цим навколо черепа. Тобто всередині черепної коробки цього птаха є додатковий пружний амортизатор.
Крім того, як показало дослідження внутрішньої будови черепних кісток дятла, майже всі вони містять пористу губчасту тканину, яка є додатковим амортизатором. У цьому відношенні череп дятла швидше схожий на такий у пташеня, ніж у дорослого птаха (у якого частка губчастої речовини в кістках надзвичайно мала). Так що ті вібрації, які не вдалося "погасити" черепну рідину та гіоїду, "заспокоює" губчасту речовину кісток.
Крім того, дятел має ще своєрідний "ремінь безпеки" для очей - під час удару третя повіка (миготливаперетинка) опускається на око цього птаха, щоб уберегти очне яблуко від вібрації і не допустити відшарування сітківки. Так що зір у дятлів, незважаючи на "довбання" спосіб життя, завжди в порядку.
Ну і, звісно, щоб у черепі помістилися всі ці системи безпеки, дятлам довелося істотно скоротити поверхню свого мозку. Однак дурніші за інших птахів від цього вони зовсім не стали — навпаки, дятел дуже розумний і має досить складну територіальну і гніздову поведінку. Справа в тому, що, на відміну від ссавців, у птахів процеси вищої розумової діяльності відбуваються зовсім не в корі великих півкуль, а в смугастих тільцях, що лежать під нею, і шарі, званому гіперстріатум. А ці частини мозку початково займають не дуже велику площу, тому що нейрони, що знаходяться в них, досить щільно упаковані. Тому дятел може легко стиснути свій мозок без шкоди своєму інтелекту.
Роль супертвердого дзьоба в штучному демпфері може грати міцна зовнішня оболонка, наприклад, сталева або титанова. Функцію внутрішньочерепної рідини в даному пристрої бере на себе другий внутрішній шар металу, відокремлений від зовнішнього, сталевого, еластичним шаром. Під ним знаходиться шар твердої, але в той же час еластичної гуми аналог гіоїда. А "замінником" губчастих структур є заповнення всього порожнього об'єму під цією гумою щільно запакованими скляними кульками розмірами близько одного міліметра. Доведено, що вони дуже ефективно "розпорошують" енергію удару і блокують передачу небезпечних вібрацій на найціннішу центральну частину, заради якої всі ці системи існують — тобто якесь "мозок".
Подібний демпфер, на думку розробників, може захищати різні тендітні конструкції, наприклад, електроніку, від сильних.ударів. Можна поміщати в таку оболонку "чорні ящики" літаків, бортові комп'ютери кораблів або використовувати її при розробці пристроїв нового покоління, що катапультуються. Не виключено, що цю оболонку можна використовувати в корпусі автомобіля як додатковий демпфер.
Після створення мініатюрного прототипу дослідники провели перші випробування даної оболонки. Вони помістили його в кулю і з газової рушниці вистрілили в товстий лист алюмінію. Перевантаження від удару досягло 60 000 g, але демпфер ефективно захистив заховану в ньому електронну начинку. Отже, ця система досить ефективно працює. Тепер розробники працюють над створенням такого ж таки демпфера великих розмірів.
Тож, як бачите, людству є чому повчитися у дятлів. Наприклад, тому, як пробивати головою стіну і при цьому залишитися живим і не збожеволіти.
Читайте найцікавіше у рубриці "Наука та техніка"
Додайте "Правду.Ру" у свої джерелав Яндекс.Новини абоNews.Google
Також будемо раді вам у наших спільнотах уВКонтакті, Фейсбуці, Твіттері, Однокласниках, Google+.