啄木鳥的超能力

李忠東

啄木鳥的羽毛五顏六色，以用尖尖的喙啄樹而聞名，是著名的森林鳥。全世界大約有210 種啄木鳥。啄木鳥以害蟲為食，它們一般要把整棵樹上的害蟲徹底消滅后，才轉移到另一棵樹上。遇到蟲害嚴重的樹木，啄木鳥會連續工作幾天，直到把全部害蟲清除掉。

每天清晨，啄木鳥就開始用喙敲擊樹干，在寂靜的林中發出清脆的“篤篤”聲。敲擊聲有助于嚇跑可能存在的掠食者或競爭對手，也能夠吸引伴侶。春天的時候，雄性啄木鳥會在樹干上有節奏地敲打，通過這種啄洞的聲音來吸引配偶，并宣告自己的領地。這種求偶式的啄木聲，通常是在早晨發出的。為了能發出響聲來吸引雌鳥，它們甚至會啄金屬桿、房屋木外墻，或者叼一根枯枝敲打木屋。

頑強生存本領強

別看絕大部分的啄木鳥體形較小，卻擁有神奇的身體構造，在漫長的進化過程中形成了自我保護的三件“法寶”。

法寶一：“鐵鉤爪”

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

啄木鳥抓樹的時候，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干上時，能夠保持身體平衡。有極少數的啄木鳥（如黑背啄木鳥等）只有3 根全部朝上的腳趾，彎曲的趾甲很鋒利，一上樹就能把樹干抓得牢牢的。

法寶二：“鑿子嘴”

啄木鳥啄樹靠的是喙，喙骨非常堅硬，由3 層組成，既結實又輕盈。啄木鳥的瞬膜（ 又稱“第三眼瞼”，是脊椎動物中的無尾兩棲類、爬行類和鳥類用來遮住角膜、濕潤眼球的身體部位） 非常靈活和厚實，在喙擊打到樹干前的一瞬間會閉合，保護眼睛不被飛出的木屑所傷，也可以防止視網膜因為高速沖擊而撕裂。

啄木鳥的喙經常會卡在樹木中，但它們總能輕而易舉地拔出來，這是為什么呢？科學家拍攝了黑啄木鳥啄食硬木樹干的視頻，逐幀進行分析，終于發現了其中的秘密：啄木鳥擁有一種移動上、下喙的能力。喙一旦碰到木頭，它們的頭就會輕微地向一邊扭轉。抬起喙時，頭又向另一個方向稍微扭轉。這個動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。整個過程顯得十分輕松熟練，所需的時間不到20 毫秒。

啄木鳥的舌頭能伸縮，細長而富有彈性，僅是從嘴里伸出可見的部分就有14 厘米。啄木鳥的體內還存在更長的舌頭部分，從上顎后部出來，穿過右鼻孔，分叉成兩條，然后繞到頭骨的上部和后部，經過頸部的兩側和下顎，在口腔中又合成一條舌頭。舌上長著能夠分泌黏液的特殊腺體，在捕食過程中可以把小蟲粘住。舌尖部分還有細鉤，使得蟲子無法逃脫。據史料記載，啄木鳥的奇葩舌頭讓達·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的舌頭究竟是什么樣的形狀。

法寶三：“隔木耳”

啄木鳥的聽覺非常靈敏，能聽見藏在樹干中的蟲子噬咬木頭或是活動發出的聲音。它們靠啄樹干來判斷里面有沒有蟲子，如果發出的聲音是空的，那么說明樹干被蛀空了，里面有蟲子；如果聲音是實的，那么說明樹干沒有被蛀過，里面沒有蟲子。此外，啄木鳥還會巧施“擊鼓驅蟲”的妙計，用喙在蛀洞通道處敲擊，發出使害蟲恐懼的特異敲擊聲。在聲波的刺激下，害蟲暈頭轉向，四處竄動，往往企圖逃出洞口，恰好被等在那里的啄木鳥擒而食之。

從來不會腦震蕩

啄木是啄木鳥最主要的活動，它們啄木的頻率達到每秒15～16 次。令人驚訝的是，其大腦面對強烈的啄樹沖擊竟然完好無損。如果人類像啄木鳥那么干的話，毫無疑問會導致腦震蕩、腦損傷、視網膜出血和視網膜脫落等一系列致命的后果。

傳統看法：頭部有減震構造

長期以來，科學家一直想弄清楚“啄木鳥能夠反復用力敲擊樹干卻不損傷大腦”的原因。迄今比較流行的一種看法認為，啄木鳥的腦袋中存在某種減震構造，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木卻不會得腦震蕩。持這種觀點的人認為，啄木鳥有著非常厚的特殊頭骨結構，上面至少有3 層防震裝置：頭骨結構疏松，充滿空氣；在頭骨的內部，有一層堅韌的外腦膜；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；頭的兩側都分布著發達而強有力的肌肉，可以起到防震、減震的作用。

還有人提出，啄木鳥的顱骨上有一塊松質骨，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，啄木鳥啄木時，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是不斷變化的，從而避免了一個點一直受力的情況。

新發現：頭部堅硬如錘子

上述觀點聽起來似乎合乎情理，很有說服力，但比利時安特衛普大學的生物學家薩姆·范瓦森貝格及同事的全新研究結果對此發起了強有力的挑戰：任何吸收沖擊力的“減震功能”都會削減啄木鳥的啄擊能力，啄木鳥的頭部實際上更像是堅硬的錘子，而不是頭盔。

研究團隊想要探索的是，啄木鳥在撞擊樹木時究竟有沒有緩沖避震的能力。雖然猜想由來已久，但是沒有人真正捕捉到松質骨起緩沖作用的場景。為此，研究人員利用高速攝影機拍下了6 只啄木鳥的109 段啄入樹木的視頻，它們分屬黑啄木鳥、北美黑啄木鳥和大斑啄木鳥3 個物種。

為了精準地了解不同部位的運動是否同步，研究人員對視頻中啄木鳥的喙、眼睛與頭部特定的點進行定位追蹤，發現啄木鳥啄木時眼睛與喙的減速完全同步。由于松質骨就在眼睛前方，眼睛與喙同步的減速現象說明松質骨完全沒有起到減震的作用。接下來，研究人員基于視頻數據創建了模型，模擬結果顯示減震過程根本無法保護它們的大腦。其原因也不難理解：如果松質骨真的吸收了撞擊產生的部分動能，那么啄木鳥通過撞擊施加的力就受到了削弱，啄木的效率就會下降。要啄到同樣深的位置，啄木鳥需要更用力地撞擊，從而抵消減震裝置的作用。

既然沒有“安全氣囊”，那么啄木鳥如何避免出現腦震蕩呢？研究人員根據模擬計算得到的答案非常簡單：啄木時，啄木鳥的大腦所承受的壓力根本沒有達到腦震蕩的閾值。事實上，如果同樣的應力作用到我們的頭上，那么足以造成腦震蕩。但啄木鳥的大腦長度只有人類大腦的1/7，這意味著它們可以承受的作用力是我們的7 倍。

根據研究團隊的模擬，只有當啄木鳥將撞擊樹木的力度提升至目前的4 倍，或者撞擊速度翻倍時，才會真正遭受腦部損傷。通過研究微型計算機斷層成像掃描的數據，研究人員還發現，啄木鳥的顱骨具有更多板狀的骨小梁與更大的厚度。更多的數量和個別的骨小梁之間更緊密的間距，可能減少顱骨在啄木過程中的變形，削弱啄木過程中對大腦的作用力。與此相反，鳥喙處的骨小梁更薄，能通過更大的變形來分散大腦受到的沖擊力。此外，研究人員還推測，它們或許擁有某種機制來預防、修復微小的腦外傷。

新發現表明，沒有減震并不意味著啄木鳥的大腦在看似猛烈的撞擊中處于危險之中，即使是超過100 次的最強烈的啄木沖擊，對啄木鳥的大腦來說仍然應該是安全的——計算顯示，當時啄木鳥大腦的負荷依然低于遭受腦震蕩的人類。

奇妙的大自然蘊含著神奇的科學知識，直覺有時會愚弄我們，科學家可能需要重新檢驗一些被普遍認同的觀點。觀察一個我們認為已經理解了的現象總是有價值的，因為可能會有一些意外的發現。

文章來源：《科學24 小時》

（責任編輯：嵇刊）