啄木鳥(niǎo)的超能力

李忠東

啄木鳥(niǎo)的羽毛五顏六色，以用尖尖的喙啄樹(shù)而聞名，是著名的森林鳥(niǎo)。全世界大約有210 種啄木鳥(niǎo)。啄木鳥(niǎo)以害蟲(chóng)為食，它們一般要把整棵樹(shù)上的害蟲(chóng)徹底消滅后，才轉(zhuǎn)移到另一棵樹(shù)上。遇到蟲(chóng)害嚴(yán)重的樹(shù)木，啄木鳥(niǎo)會(huì)連續(xù)工作幾天，直到把全部害蟲(chóng)清除掉。

每天清晨，啄木鳥(niǎo)就開(kāi)始用喙敲擊樹(shù)干，在寂靜的林中發(fā)出清脆的“篤篤”聲。敲擊聲有助于嚇跑可能存在的掠食者或競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，也能夠吸引伴侶。春天的時(shí)候，雄性啄木鳥(niǎo)會(huì)在樹(shù)干上有節(jié)奏地敲打，通過(guò)這種啄洞的聲音來(lái)吸引配偶，并宣告自己的領(lǐng)地。這種求偶式的啄木聲，通常是在早晨發(fā)出的。為了能發(fā)出響聲來(lái)吸引雌鳥(niǎo)，它們甚至?xí)慕饘贄U、房屋木外墻，或者叼一根枯枝敲打木屋。

頑強(qiáng)生存本領(lǐng)強(qiáng)

別看絕大部分的啄木鳥(niǎo)體形較小，卻擁有神奇的身體構(gòu)造，在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中形成了自我保護(hù)的三件“法寶”。

法寶一：“鐵鉤爪”

啄樹(shù)的時(shí)候，啄木鳥(niǎo)必須在樹(shù)干上抓牢，不然無(wú)法用力。它們不像別的鳥(niǎo)兒站立在樹(shù)枝上，而是攀緣在直立的樹(shù)干上，喙尖和頭部始終保持在一條直線上，以便承受強(qiáng)大的沖擊力。啄木鳥(niǎo)的尾羽大都是12 枚，呈楔狀。尾羽上的羽軸硬而富有彈性，在啄木時(shí)可以支在樹(shù)干上，與雙腳形成非常穩(wěn)固的三腳架。無(wú)論頭頸部怎么折騰，都能保證下盤(pán)穩(wěn)固不打滑，身體不會(huì)下墜。

啄木鳥(niǎo)抓樹(shù)的時(shí)候，最左邊和最右邊的腳趾朝下，中間兩根腳趾朝上，這也是攀禽的主要特征。這使得它們站立在與地面垂直的樹(shù)干上時(shí)，能夠保持身體平衡。有極少數(shù)的啄木鳥(niǎo)（如黑背啄木鳥(niǎo)等）只有3 根全部朝上的腳趾，彎曲的趾甲很鋒利，一上樹(shù)就能把樹(shù)干抓得牢牢的。

法寶二：“鑿子嘴”

啄木鳥(niǎo)啄樹(shù)靠的是喙，喙骨非常堅(jiān)硬，由3 層組成，既結(jié)實(shí)又輕盈。啄木鳥(niǎo)的瞬膜（ 又稱(chēng)“第三眼瞼”，是脊椎動(dòng)物中的無(wú)尾兩棲類(lèi)、爬行類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)用來(lái)遮住角膜、濕潤(rùn)眼球的身體部位） 非常靈活和厚實(shí)，在喙擊打到樹(shù)干前的一瞬間會(huì)閉合，保護(hù)眼睛不被飛出的木屑所傷，也可以防止視網(wǎng)膜因?yàn)楦咚贈(zèng)_擊而撕裂。

啄木鳥(niǎo)的喙經(jīng)常會(huì)卡在樹(shù)木中，但它們總能輕而易舉地拔出來(lái)，這是為什么呢？科學(xué)家拍攝了黑啄木鳥(niǎo)啄食硬木樹(shù)干的視頻，逐幀進(jìn)行分析，終于發(fā)現(xiàn)了其中的秘密：啄木鳥(niǎo)擁有一種移動(dòng)上、下喙的能力。喙一旦碰到木頭，它們的頭就會(huì)輕微地向一邊扭轉(zhuǎn)。抬起喙時(shí)，頭又向另一個(gè)方向稍微扭轉(zhuǎn)。這個(gè)動(dòng)作促使喙尖在孔底部的木頭之間制造出空隙，幫助順利抽出喙。整個(gè)過(guò)程顯得十分輕松熟練，所需的時(shí)間不到20 毫秒。

啄木鳥(niǎo)的舌頭能伸縮，細(xì)長(zhǎng)而富有彈性，僅是從嘴里伸出可見(jiàn)的部分就有14 厘米。啄木鳥(niǎo)的體內(nèi)還存在更長(zhǎng)的舌頭部分，從上顎后部出來(lái)，穿過(guò)右鼻孔，分叉成兩條，然后繞到頭骨的上部和后部，經(jīng)過(guò)頸部的兩側(cè)和下顎，在口腔中又合成一條舌頭。舌上長(zhǎng)著能夠分泌黏液的特殊腺體，在捕食過(guò)程中可以把小蟲(chóng)粘住。舌尖部分還有細(xì)鉤，使得蟲(chóng)子無(wú)法逃脫。據(jù)史料記載，啄木鳥(niǎo)的奇葩舌頭讓達(dá)·芬奇念念不忘，他臨終前還在日記中留下了這樣的絕筆：明天一天要搞清楚啄木鳥(niǎo)的舌頭究竟是什么樣的形狀。

法寶三：“隔木耳”

啄木鳥(niǎo)的聽(tīng)覺(jué)非常靈敏，能聽(tīng)見(jiàn)藏在樹(shù)干中的蟲(chóng)子噬咬木頭或是活動(dòng)發(fā)出的聲音。它們靠啄樹(shù)干來(lái)判斷里面有沒(méi)有蟲(chóng)子，如果發(fā)出的聲音是空的，那么說(shuō)明樹(shù)干被蛀空了，里面有蟲(chóng)子；如果聲音是實(shí)的，那么說(shuō)明樹(shù)干沒(méi)有被蛀過(guò)，里面沒(méi)有蟲(chóng)子。此外，啄木鳥(niǎo)還會(huì)巧施“擊鼓驅(qū)蟲(chóng)”的妙計(jì)，用喙在蛀洞通道處敲擊，發(fā)出使害蟲(chóng)恐懼的特異敲擊聲。在聲波的刺激下，害蟲(chóng)暈頭轉(zhuǎn)向，四處竄動(dòng)，往往企圖逃出洞口，恰好被等在那里的啄木鳥(niǎo)擒而食之。

從來(lái)不會(huì)腦震蕩

啄木是啄木鳥(niǎo)最主要的活動(dòng)，它們啄木的頻率達(dá)到每秒15～16 次。令人驚訝的是，其大腦面對(duì)強(qiáng)烈的啄樹(shù)沖擊竟然完好無(wú)損。如果人類(lèi)像啄木鳥(niǎo)那么干的話，毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)導(dǎo)致腦震蕩、腦損傷、視網(wǎng)膜出血和視網(wǎng)膜脫落等一系列致命的后果。

傳統(tǒng)看法：頭部有減震構(gòu)造

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家一直想弄清楚“啄木鳥(niǎo)能夠反復(fù)用力敲擊樹(shù)干卻不損傷大腦”的原因。迄今比較流行的一種看法認(rèn)為，啄木鳥(niǎo)的腦袋中存在某種減震構(gòu)造，也許是頭骨起到了緩沖作用，或者是喙吸收了部分力量，能讓它們不停地啄擊樹(shù)木卻不會(huì)得腦震蕩。持這種觀點(diǎn)的人認(rèn)為，啄木鳥(niǎo)有著非常厚的特殊頭骨結(jié)構(gòu)，上面至少有3 層防震裝置：頭骨結(jié)構(gòu)疏松，充滿空氣；在頭骨的內(nèi)部，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，里面充滿液體，減少了震波的流體傳動(dòng)；頭的兩側(cè)都分布著發(fā)達(dá)而強(qiáng)有力的肌肉，可以起到防震、減震的作用。

還有人提出，啄木鳥(niǎo)的顱骨上有一塊松質(zhì)骨，是天生的“安全氣囊”，如同海綿一樣起到減震吸能的作用，能夠避免大腦遭受損傷。此外，啄木鳥(niǎo)啄木時(shí)，喙尖和頭部始終保持在一條直線上，而啄擊的位置是不斷變化的，這保證了其大腦與頭骨相撞的點(diǎn)是不斷變化的，從而避免了一個(gè)點(diǎn)一直受力的情況。

新發(fā)現(xiàn)：頭部堅(jiān)硬如錘子

上述觀點(diǎn)聽(tīng)起來(lái)似乎合乎情理，很有說(shuō)服力，但比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)的生物學(xué)家薩姆·范瓦森貝格及同事的全新研究結(jié)果對(duì)此發(fā)起了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)：任何吸收沖擊力的“減震功能”都會(huì)削減啄木鳥(niǎo)的啄擊能力，啄木鳥(niǎo)的頭部實(shí)際上更像是堅(jiān)硬的錘子，而不是頭盔。

研究團(tuán)隊(duì)想要探索的是，啄木鳥(niǎo)在撞擊樹(shù)木時(shí)究竟有沒(méi)有緩沖避震的能力。雖然猜想由來(lái)已久，但是沒(méi)有人真正捕捉到松質(zhì)骨起緩沖作用的場(chǎng)景。為此，研究人員利用高速攝影機(jī)拍下了6 只啄木鳥(niǎo)的109 段啄入樹(shù)木的視頻，它們分屬黑啄木鳥(niǎo)、北美黑啄木鳥(niǎo)和大斑啄木鳥(niǎo)3 個(gè)物種。

為了精準(zhǔn)地了解不同部位的運(yùn)動(dòng)是否同步，研究人員對(duì)視頻中啄木鳥(niǎo)的喙、眼睛與頭部特定的點(diǎn)進(jìn)行定位追蹤，發(fā)現(xiàn)啄木鳥(niǎo)啄木時(shí)眼睛與喙的減速完全同步。由于松質(zhì)骨就在眼睛前方，眼睛與喙同步的減速現(xiàn)象說(shuō)明松質(zhì)骨完全沒(méi)有起到減震的作用。接下來(lái)，研究人員基于視頻數(shù)據(jù)創(chuàng)建了模型，模擬結(jié)果顯示減震過(guò)程根本無(wú)法保護(hù)它們的大腦。其原因也不難理解：如果松質(zhì)骨真的吸收了撞擊產(chǎn)生的部分動(dòng)能，那么啄木鳥(niǎo)通過(guò)撞擊施加的力就受到了削弱，啄木的效率就會(huì)下降。要啄到同樣深的位置，啄木鳥(niǎo)需要更用力地撞擊，從而抵消減震裝置的作用。

既然沒(méi)有“安全氣囊”，那么啄木鳥(niǎo)如何避免出現(xiàn)腦震蕩呢？研究人員根據(jù)模擬計(jì)算得到的答案非常簡(jiǎn)單：啄木時(shí)，啄木鳥(niǎo)的大腦所承受的壓力根本沒(méi)有達(dá)到腦震蕩的閾值。事實(shí)上，如果同樣的應(yīng)力作用到我們的頭上，那么足以造成腦震蕩。但啄木鳥(niǎo)的大腦長(zhǎng)度只有人類(lèi)大腦的1/7，這意味著它們可以承受的作用力是我們的7 倍。

根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的模擬，只有當(dāng)啄木鳥(niǎo)將撞擊樹(shù)木的力度提升至目前的4 倍，或者撞擊速度翻倍時(shí)，才會(huì)真正遭受腦部損傷。通過(guò)研究微型計(jì)算機(jī)斷層成像掃描的數(shù)據(jù)，研究人員還發(fā)現(xiàn)，啄木鳥(niǎo)的顱骨具有更多板狀的骨小梁與更大的厚度。更多的數(shù)量和個(gè)別的骨小梁之間更緊密的間距，可能減少顱骨在啄木過(guò)程中的變形，削弱啄木過(guò)程中對(duì)大腦的作用力。與此相反，鳥(niǎo)喙處的骨小梁更薄，能通過(guò)更大的變形來(lái)分散大腦受到的沖擊力。此外，研究人員還推測(cè)，它們或許擁有某種機(jī)制來(lái)預(yù)防、修復(fù)微小的腦外傷。

新發(fā)現(xiàn)表明，沒(méi)有減震并不意味著啄木鳥(niǎo)的大腦在看似猛烈的撞擊中處于危險(xiǎn)之中，即使是超過(guò)100 次的最強(qiáng)烈的啄木沖擊，對(duì)啄木鳥(niǎo)的大腦來(lái)說(shuō)仍然應(yīng)該是安全的——計(jì)算顯示，當(dāng)時(shí)啄木鳥(niǎo)大腦的負(fù)荷依然低于遭受腦震蕩的人類(lèi)。

奇妙的大自然蘊(yùn)含著神奇的科學(xué)知識(shí)，直覺(jué)有時(shí)會(huì)愚弄我們，科學(xué)家可能需要重新檢驗(yàn)一些被普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)。觀察一個(gè)我們認(rèn)為已經(jīng)理解了的現(xiàn)象總是有價(jià)值的，因?yàn)榭赡軙?huì)有一些意外的發(fā)現(xiàn)。

文章來(lái)源：《科學(xué)24 小時(shí)》

（責(zé)任編輯：嵇刊）