есть ли мозг у дятла
Ученые выяснили, что у дятлов бывают сотрясения мозга
МОСКВА, 2 фев – РИА Новости. Ученые опровергли миф о «неуязвимости» дятлов к перегрузкам при долблении деревьев, обнаружив химические следы сотрясений мозга в головах сразу нескольких птиц, говорится в статье, опубликованной в журнале PLoS One.
Каждый человек, когда-либо посещавший лес, хорошо знаком со стуком дятлом и тем, как они добывают себе пищу. Ученых и обывателей давно интересует простой вопрос – как этим птицам удается избегать разрушения клюва, отслоения сетчатки глаз и прочих травм, которые они должны получать, нанося удары огромной силы по стволу дерева.
За последние годы появилось несколько десятков научных работ, объясняющих то, как кости черепа дятлов могут выдерживать перегрузки, в тысячи раз превышающие ускорение свободного падения, и при этом не разрушаться. Часть из них была даже награждена пародийной Шнобелевской премией. Тем не менее, умы ученых по-прежнему мучает тот же самый вопрос – как дятлы избегают сотрясений и повреждений мозга?
По словам Каммингса и его коллег, этот вопрос не имеет смысла, так как дятлы на самом деле не обладают подобной неуязвимостью. Они пришли к такому выводу, изучив структуру мозга и его химический состав у нескольких дятлов, чьи заспиртованные тела хранились в двух разных музеях города.
Отчего дятел до сих пор не спятил
Людей, можно сказать, веками мучила загадка: как дятлы не сходят с ума, целыми днями долбя деревья? И вот ученые наконец-то расшифровали механизм предохранения мозга у этих удивительных птиц. Можно ли использовать данное открытие при создании средств безопасности для человека — к примеру, в конструкции автомобилей?
Дятел, действительно, судя по всему, никогда не страдает головными болями. И сотрясений мозга у него тоже не бывает. Долгое время ученые не могли понять — как ему это удается. Ведь установлено, что дятел долбит твердую поверхность со скоростью 20 ударов в секунду, прилагая силу, в 1,2 тысячи раз превосходящую силу тяготения Земли. Для сравнения — это равно силе удара о поверхность Земли реактивного самолета, врезавшегося в нее на полной скорости. Никто из людей не выжил бы после такого страшного удара. А дятлу все нипочем, каждый день он добровольно подвергает себя этим чудовищным перегрузкам и ничего — жив, здоров и весел.
Впервые полностью расшифровать механизм предохранения головы дятла от сотрясения удалось двум американским ученым, Айвану Швобу из Калифорнийского университета в Дэвисе и Филиппу Мэю из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которые в 2006 году получили за это открытие Игнобелевскую премию (это премия, которую ученые получают за «открытия, вызывающие сначала лишь смех, а потом заставляющие задуматься»; в мире науки эта премия не менее популярна, чем Нобелевская). Биологи исследовали этот механизм на примере златолобого дятла (Melanerpes aurifrons), обитающего в лесах США, однако считают, что, видимо, такая система безопасности свойственна всем представителям дятлообразных (Piciformes).
Кроме того, черепную коробку этой птицы и ее мозг отделяет лишь тонкий слой внутричерепной жидкости, что не позволяет вибрациям набрать достаточно силы для опасного воздействия на мозг. Кроме того, эта жидкость довольно вязкая, поэтому сразу же гасит все возникающие от удара волны, способные повредить важнейший нервный центр.
Также важную роль в защите мозга от сотрясений играет гиоид — важнейший элемент подъязычной кости птиц, который сам по себе является скорее хрящом, чем настоящей костной тканью. У дятлов он чрезвычайно развит, весьма обширен и протяжен, располагается не только в глотке (как у млекопитающих), а заходит и в носоглотку, обернувшись перед этим вокруг черепа. То есть внутри черепной коробки у этой птицы имеется дополнительный упругий амортизатор.
Кроме того, как показало исследование внутреннего строения черепных костей дятла, почти все они содержат губчатую пористую ткань, которая является дополнительным амортизатором. В этом отношении череп дятла скорее похож на таковой у птенца, чем у взрослой птицы (у которой доля губчатого вещества в костях чрезвычайно мала). Так что те вибрации, которые не удалось «погасить» черепной жидкости и гиоиду, «успокаивает» губчатое вещество костей.
Кроме того, дятел имеет еще своеобразный «ремень безопасности» для глаз — во время удара третье веко (мигательная перепонка) опускается на глаз этой птицы, чтобы уберечь глазное яблоко от вибрации и не допустить отслоения сетчатки. Так что зрение у дятлов, несмотря на «долбительный» образ жизни, всегда в порядке.
Ну и, конечно, для того, чтобы в черепе поместились все эти системы безопасности, дятлам пришлось существенно сократить поверхность своего мозга. Однако глупее остальных птиц от этого они вовсе не стали — наоборот, дятел весьма умен и обладает достаточно сложным территориальным и гнездовым поведением. Дело в том, что, в отличие от млекопитающих, у птиц процессы высшей рассудочной деятельности происходят вовсе не в коре больших полушарий, а в лежащих под ней полосатых тельцах и слое, называемом гиперстриатум. А эти части мозга исходно занимают не очень большую площадь, потому что находящиеся в них нейроны достаточно плотно упакованы. Поэтому дятел может легко сжать свой мозг без ущерба своему интеллекту.
Итак, чему же эта умная птица может научить людей? Да хотя бы тому, как разрабатывать совершенные противоударные конструкции. Подобную работу недавно проделали американские ученые из Лаборатории биоинженерии Университета Беркли. Тщательное изучение замедленной видеосъемки «долбежки» и данных томографии дятлов позволило им разработать искусственную демпфирующую (то есть, обеспечивающую безопасность) систему, аналогичную таковой у дятлов.
Роль супертвердого клюва в искусственном демпфере может играть прочная внешняя оболочка — например, стальная или титановая. Функцию внутричерепной жидкости в данном устройстве берет на себя второй, внутренний слой металла, отделенный от внешнего, стального, эластичным слоем. Под ним находится слой твердой, но, в то же время эластичной резины — аналог гиоида. А «заменителем» губчатых структур является заполнение всего пустого объема под этой резиной плотно упакованными стеклянными шариками размерами около одного милиметра. Доказано, что они очень эффективно «распыляют» энергию удара и блокируют передачу опасных вибраций на самую ценную центральную часть, ради которой все эти системы и существуют — то есть некий «мозг».
Подобный демпфер, по мнению разработчиков, может защищать разные хрупкие конструкции, например, электронику, от сильных ударов. Можно помещать в такую оболочку «черные ящики» самолетов, бортовые компьютеры кораблей или использовать ее при разработке катапультирующихся устройств нового поколения. Не исключено, что эту оболочку можно также использовать в корпусе автомобиля как дополнительный демпфер.
После создания миниатюрного прототипа, исследователи провели первые испытания данной оболочки. Они поместили его в пулю и из газового ружья выстрелили ей в толстый лист алюминия. Перегрузка от удара достигла 60000 g, но демпфер эффективно защитил спрятанную в нем электронную начинку. Значит, данная система достаточно эффективно работает. Теперь разработчики трудятся над созданием такого же демпфера больших размеров.
Так что, как видите, человечеству есть чему поучиться у дятлов. Например, тому, как пробивать головой стену и при этом остаться живым и не сойти с ума…
Читайте самое интересное в рубрике «Наука и техника»
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать /наука, история, политика, творчество/
Дятел в день делает порядка 12 тыс. ударов головой, при этом, не нанося себе никакого вреда! Этот удивительный факт не поддавался никакому объяснению, ведь при этом создаётся перегрузка в 1 тысячу раз больше, чем при свободном падении. Установлено, что некоторые виды дятлов, в процессе долбления коры дерева, способны двигать клювом со скоростью почти 25 км/ч! При этом его голова отбрасывается назад с огромным отрицательным ускорением, которое более чем в два раза превышает то, которое космонавты испытывают при старте! Совсем недавно, группа учёных из Китая смогли ответить на вопрос: «Почему у дятла не болит голова?».
Оказывается, дятел обладает несколькими уникальными способностями, и интересным строением головы.
Впервые полностью расшифровать механизм предохранения головы дятла от сотрясения удалось двум американским ученым, Айвану Швобу из Калифорнийского университета в Дэвисе и Филиппу Мэю из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которые в 2006 году получили за это открытие Игнобелевскую премию (это премия, которую ученые получают за «открытия, вызывающие сначала лишь смех, а потом заставляющие задуматься»; в мире науки эта премия не менее популярна, чем Нобелевская). Биологи исследовали этот механизм на примере златолобого дятла (Melanerpes aurifrons), обитающего в лесах США, однако считают, что, видимо, такая система безопасности свойственна всем представителям дятлообразных (Piciformes).
Кроме того, черепную коробку этой птицы и ее мозг отделяет лишь тонкий слой внутричерепной жидкости, что не позволяет вибрациям набрать достаточно силы для опасного воздействия на мозг. Кроме того, эта жидкость довольно вязкая, поэтому сразу же гасит все возникающие от удара волны, способные повредить важнейший нервный центр.
Также важную роль в защите мозга от сотрясений играет гиоид — важнейший элемент подъязычной кости птиц, который сам по себе является скорее хрящом, чем настоящей костной тканью. У дятлов он чрезвычайно развит, весьма обширен и протяжен, располагается не только в глотке (как у млекопитающих), а заходит и в носоглотку, обернувшись перед этим вокруг черепа. То есть внутри черепной коробки у этой птицы имеется дополнительный упругий амортизатор.
Кроме того, как показало исследование внутреннего строения черепных костей дятла, почти все они содержат губчатую пористую ткань, которая является дополнительным амортизатором. В этом отношении череп дятла скорее похож на таковой у птенца, чем у взрослой птицы (у которой доля губчатого вещества в костях чрезвычайно мала). Так что те вибрации, которые не удалось «погасить» черепной жидкости и гиоиду, «успокаивает» губчатое вещество костей.
Кроме того, дятел имеет еще своеобразный «ремень безопасности» для глаз — во время удара третье веко (мигательная перепонка) опускается на глаз этой птицы, чтобы уберечь глазное яблоко от вибрации и не допустить отслоения сетчатки. Так что зрение у дятлов, несмотря на «долбительный» образ жизни, всегда в порядке.
Ну и, конечно, для того, чтобы в черепе поместились все эти системы безопасности, дятлам пришлось существенно сократить поверхность своего мозга. Однако глупее остальных птиц от этого они вовсе не стали — наоборот, дятел весьма умен и обладает достаточно сложным территориальным и гнездовым поведением. Дело в том, что, в отличие от млекопитающих, у птиц процессы высшей рассудочной деятельности происходят вовсе не в коре больших полушарий, а в лежащих под ней полосатых тельцах и слое, называемом гиперстриатум. А эти части мозга исходно занимают не очень большую площадь, потому что находящиеся в них нейроны достаточно плотно упакованы. Поэтому дятел может легко сжать свой мозг без ущерба своему интеллекту.
Итак, чему же эта умная птица может научить людей? Да хотя бы тому, как разрабатывать совершенные противоударные конструкции. Подобную работу недавно проделали американские ученые из Лаборатории биоинженерии Университета Беркли. Тщательное изучение замедленной видеосъемки «долбежки» и данных томографии дятлов позволило им разработать искусственную демпфирующую (то есть, обеспечивающую безопасность) систему, аналогичную таковой у дятлов.
Роль супертвердого клюва в искусственном демпфере может играть прочная внешняя оболочка — например, стальная или титановая. Функцию внутричерепной жидкости в данном устройстве берет на себя второй, внутренний слой металла, отделенный от внешнего, стального, эластичным слоем. Под ним находится слой твердой, но, в то же время эластичной резины — аналог гиоида. А «заменителем» губчатых структур является заполнение всего пустого объема под этой резиной плотно упакованными стеклянными шариками размерами около одного милиметра. Доказано, что они очень эффективно «распыляют» энергию удара и блокируют передачу опасных вибраций на самую ценную центральную часть, ради которой все эти системы и существуют — то есть некий «мозг».
Подобный демпфер, по мнению разработчиков, может защищать разные хрупкие конструкции, например, электронику, от сильных ударов. Можно помещать в такую оболочку «черные ящики» самолетов, бортовые компьютеры кораблей или использовать ее при разработке катапультирующихся устройств нового поколения. Не исключено, что эту оболочку можно также использовать в корпусе автомобиля как дополнительный демпфер.
После создания миниатюрного прототипа, исследователи провели первые испытания данной оболочки. Они поместили его в пулю и из газового ружья выстрелили ей в толстый лист алюминия. Перегрузка от удара достигла 60000 g, но демпфер эффективно защитил спрятанную в нем электронную начинку. Значит, данная система достаточно эффективно работает. Теперь разработчики трудятся над созданием такого же демпфера больших размеров.
Китайские ученые исследовали защиту дятла от ударов и вибрации, что по их мнению может помочь создать новые антиударные материалы и структуры, которые могут быть использованы в различных сферах деятельности человека. Инженеры государственной лаборатории структурного анализа для промышленного оборудования университета Далянь обнаружили, что все тело дятла работает, как отличный противоударный механизм, поглощая энергию воздействия.
Птица клюет дерево с очень большой частотой (порядка 25 Герц) и скоростью (около семи метров в секунду), что больше в 1000 раз земной силы тяжести. Ученые сдеалали специальную 3Д компьютерную модель, используя томограмму, чтобы понять как именно дятел защищает свой мозг от повреждения.
Ученые выяснили, что большая часть энергии удара аккумулируется телом птицы (99,7%) и только 0,3% приходится на голову дятла. Часть энергии удара принимает на себя клюв птицы, еще часть подъязычная кость птицы. А та небольшая часть энергии, которая все-таки приходится на голову дятла преобразуется в тепло, из-за чего температура головного мозга сильно увеличивается.
Птица вынуждена делать перерывы между клеванием дерева, для того чтобы снизить эту температуру.
Результаты исследования будут опубликованы в научном журнале Science China.
masterok
Мастерок.жж.рф
Хочу все знать /наука, история, политика, творчество/
Была уже у нас такая тема, но напомню вам кратко основные особенности дятлов:
1. Из-за огромных энергозатрат дятел постоянно испытывает голод. К примеру, черный дятел (родом из Северной Америки) в один присест может съесть 900 личинок жуков или 1000 муравьев; зеленый дятел съедает до 2000 муравьев в день. Этот поистине «волчий аппетит» имеет свою цель: дятлы играют важную роль в контроле насекомых, помогают ограничивать распространение заболеваний деревьев, уничтожая переносчиков болезней. Таким образом, птица дятел помогает сохранять леса.
2. Дятел способен совершать удары по дереву со скоростью 20–25 раз в секунду (что почти вдвое превышает скорость работы пулемета) 8000–12000 раз в день!
3. Когда эта птица наносит удары по дереву, она задействует невероятную силу. Если эту же силу применить к черепу любой другой птицы, её мозг быстро превратился бы в кашу. Более того, если бы человек ударился головой об дерево с такой же силой, он, если бы и выжил после такого сотрясения, получил бы очень серьезную травму мозга. Однако ряд физиологических особенностей строения дятла предотвращают все эти трагедии.
4. Когда дятел барабанит по дереву со скоростью до 22 раз в секунду, его голова испытывает перегрузки, достигающие 1000 g (человек был бы в «нокауте» уже при 80–100 g). Как же дятлам удается выдерживать такое давление? Дэвид Юханз пишет:
Кроме того, и клюв, и сам мозг дятла окружены специальной подушкой, которая смягчает удары.
6. Дятел имееь чрезвычайно крепкий клюв, которого нет у большинства других птиц. Его клюв достаточно сильный, чтобы входить с силой в дерево и при этом не складываться как гармошка. Ведь дятел стучит им по дереву со скоростью около 1000 ударов в минуту (почти в два раза больше скорости боевого автомата), а его скорость в момент удара составляет до 2000 км в час.
7. Кончик клюва дятла имеет форму зубила, и подобно резцу он способен проникнуть в самое твердое дерево. Однако, в отличие от строительного инструмента, его никогда не нужно затачивать!
8. Два пальца на лапке дятла направлены вперед, а два – назад. Именно такое строение помогает ему легко перемещаться вверх, вниз и вокруг стволов деревьев (у большинства птиц три пальца направлены вперед, а один – назад). К тому же, система подвешивания, которая включает сухожилия и мышцы ног, острые когти и жесткие перья хвоста, на кончиках которых находятся шипы для опоры, позволяет дятлу поглощать силу молниеносно повторяющихся ударов.
9. Когда дятел стучит по дереву со скоростью до 20 раз в секунду, его веки каждый раз закрываются за мгновение до того момента, когда его клюв приближается к своей цели. Это своего рода механизм защиты глаз от щепок. Закрытые веки также удерживают глаза и не дают им вылететь наружу.
10. В недавном исследовании ученые из калифорнийского университета в Беркли обнаружили четыре противоударных преимущества дятлов:
«Твердый, но эластичный клюв; жилистая пружинистая структура (гиоид, или подъязычная кость), которая охватывает весь череп и поддерживает язык; область губчатой кости в голове; способ взаимодействия черепа и спинномозговой жидкости, подавляющий вибрацию» Система поглощения удара дятла основана не на одном каком-то факторе, а является результатом комбинированного действия нескольких взаимозависимых структур.
А вообще есть версия про то, что Дятел является результатом разумного замысла
Почему у дятлов не бывает сотрясения мозга?
Исследование поможет использовать биологический механизм в дизайне защитных касок для людей
Анализ съемки высокоскоростными камерами, томография и компьютерная симуляция помогли пролить свет на то, каким образом дятлам удается уберечь свой мозг от травм.
Голова дятла, долбящего дерево, при каждом ударе движется со скоростью около 6 метров в секунду, подвергаясь при этом перегрузке, в тысячу раз превышающей ускорение свободного падения.
Китайские ученые в статье, опубликованной в издании Plos One, утверждают, что защита мозга птицы обеспечивается за счет различной длины верхней и нижней части ее клюва, а также губчатой структуры пластинчатых костей, которые гасят вибрации.
Эти наблюдения помогут разработать более прочные средства защиты головы для людей.
Ученые уже давно изучают анатомию черепа дятлов, пытаясь понять, как им удается с такой силой стучать по деревьям, не причиняя себе при этом никакого вреда.
Оказалось, что мозг этих птиц плотно прилегает к черепу, и поэтому у него просто физически нет места для движения. Кроме того, мозг дятла больше вытянут по вертикали, чем по горизонтали и, таким образом, нагрузка распределяется на большей площади.
Эксперты также подробно изучили строение подъязычной кости, которая играет в этом процессе важную роль.
Количественные характеристики
Исследователь Гонконгского университета Мин Чжан, один из соавторов научной работы, сообщил, что они с коллегами хотели выяснить численные параметры этого интересного феномена.
С этой целью ученые поставили специальный эксперимент, в котором две видеокамеры фиксировали положение дятла, долбившего клювом датчик, позволяющий измерить силу удара.
Оказалось, что при ударе птица слегка поворачивает голову, и это влияет на распространение действующих сил.
С помощью компьютерной томографии и сканирующей электронной микроскопии черепа дятла эксперты смогли во всех деталях изучить его микроструктуру и определить, в каких местах меняется плотность костей.
Все эти данные, в свою очередь, позволили использовать компьютерную симуляцию для расчета сил, действующих на голову птицы.
В результате исследователи выделили три фактора, которые предохраняют голову дятла от повреждения.
Во-первых, петлеобразная подъязычная кость, проходящая вокруг всего черепа птицы, действует как своеобразный ремень безопасности, особенно в первые мгновения после удара клювом.
Во-вторых, исследователи обнаружили, что длина верхней и нижней части клюва птицы различна, и эта асимметрия по мере передачи силы от кончика клюва к кости снижает нагрузку на мозг.
Наконец, эксперты установили, что равномерному распределению этой нагрузки и, как следствие, защите мозга способствуют также пластинчатые кости с губчатой структурой в разных точках черепа.
Ученые подчеркивают, что мозг дятлов защищен от повреждений именно благодаря сочетанию всех этих трех факторов, а не какой-то одной отдельной особенности.