Голова болит у дятлова
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).
Итак, почему же дятел не получает сотрясение мозга. Во-первых, потому, что его сверхтвердый клюв ударяет в ствол строго перпендикулярно поверхности последнего, не сгибается и не вибрирует от удара. Это обеспечивает скоординированная работа шейных мышц — при «долбительных» работах действуют лишь те мышцы, которые отвечают за движение головы вперед-назад, а те, которые осуществляют боковые движения шеи, бездействуют. То есть дятел чисто физически не может отклониться от выбранного курса.
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.
А вот бедного дятла аннигилировало !
А вот дятел против змеи:
А вот дятел психанул !
[источники]
источники
https://www.pravda.ru/science/eureka/discoveries/22-02-2011/1067527-melanerpesaurifrons-1/
Почему дятел не умирает от сотрясения мозга: китайские ученые нашли неожиданный ответ
https://lenta.ru/news/2011/10/27/wood/
А помните мы смотрели, как летает Дятел с пассажиром, а вот результат деятельности желудевого дятла. Вот тут еще мы выясняли Почему «безногая ласточка» спит в воздухе, а вот внезапная Синица — зомби и на самом деле Есть такая птица — казуар !
Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия — https://infoglaz.ru/?p=68645
Источник
МОСКВА, 27 окт — РИА Новости. Китайские ученые снимали дятлов высокоскоростной камерой, создали трехмерную модель их головы и провели с ней виртуальные краш-тесты, а также исследовали микроструктуру костей черепа, чтобы понять, как эти птицы без вреда для себя могут переносить ежедневно по 12 тысяч ударов головой с перегрузкой в 1 тысячу раз выше ускорения свободного падения.
Группа биологов под руководством Юйбо Фаня (Yubo Fan) из Бейханского университета в Пекине в статье, опубликованной в журнале PLoS ONE, делают вывод, что череп и клюв дятла содержит небольшие вкрапления эластичных тканей, которые гасят вибрации, что позволяет этим птицам не беспокоиться о головной боли даже после целого дня «столярных» работ.
Шнобелевка по орнитологии
Фань и его коллеги — не первые ученые, которых заинтересовал вопрос почему у дятла не болит голова. В частности, американский офтальмолог Иван Шваб (Ivan Schwab) обратил внимание на то, что у дятлов не бывает отслойки сетчатки, черепно-мозговых травм и травм спинного мозга, которых можно было бы ожидать при их работе.
В 2002 году он опубликовал в British Journal of Ophthalmology статью, в которой отмечал, что кости дятлов обладают губчатой структурой, а нижняя челюсть снабжена хрящевой «прокладкой», смягчающей силу ударов. Кроме того, перед моментом удара мышцы, удерживающие челюсти, за миллисекунду напрягаются, образуя амортизационную подушку и перераспределяя энергию удара так, что она уходит мимо мозга.
В 2006 году Шваб получил необыкновенную популярность благодаря присужденной ему за это исследование пародийной Шнобелевской премии в номинации «орнитология», которую он разделил с покойным Филипом Мэем (Philip May), также изучавшим дятлов.
Две тысячи кадров в секунду
Китайские исследователи признают приоритет коллег, однако отмечают, что прежние исследователи уделяли мало внимания трехмерной кинематике движения дятлов, количественной оценке и исследованию микроструктуры костей птиц.
Фань и его коллеги поймали нескольких больших пестрых дятлов (Dendrocopos major) — самых известных представителей этого семейства, которых можно услышать практически в любом российском лесу.
Орнитологи посадили птиц в клетки, по периметру которых были установлены высокоскоростные камеры, способные снимать видео разрешением 512 на 512 пикселей с частотой 2000 кадров в секунду. Специальная компьютерная программа следила за движением туловища и клюва дятлов и отмечала каждый момент, когда птица пробовала пробить прутья клетки, била в измеритель силы удара или в окружающий ее тюрьму пенопласт.
Съемки показали, что при ударе дятлы двигают клюв по стреловидной траектории, что позволяет им снизить нагрузку на череп при минимальном уменьшении силы удара.
Ученые просветили несколько голых черепов при помощи рентгеновского томографа и электронного микроскопа и составили карту микроструктуры их костей. Затем биологи проверили прочность 12 черепов дятлов при помощи машины для испытания материалов, прикладывая к ним силу в 50 и тысячу ньютонов.
Используя полученные данные, исследователи построили точную компьютерную модель черепа и проанализировали его свойства. Ученые провели виртуальный краш-тест, сталкивая двигающийся череп с твердой стенкой.
Оказалось, что мозг дятла очень плотно упакован в его череп, что помогает птице избежать ненужных столкновений мозга и черепа. Кости черепа состоят из мозаики из относительно твердых фрагментов и более мягких «губок», которые гасят колебания при сжатии. Длинная подъязычная кость, опоясывающая заднюю часть черепа птицы, является своеобразным ремнем безопасности, который нейтрализует остаточные колебания.
Верхняя половина клюва птицы несколько короче нижней, приблизительно на 1,2 миллиметра. Такое устройство клюва помогает дятлам добиваться наибольшей силы удара при наименьшей нагрузке на их череп и мозг. Нижняя половинка клюва собирает большую часть вибраций, которые распространяются по нижней, а не верхней части черепа, что уберегает мозг от травмы.
Авторы статьи полагают, что их исследование поможет инженерам создать каски и шлемы, не уступающие в прочности черепу дятлов.
Источник
На кафедре сопротивления материалов работал и до сих пор работает (2010 г.) преподаватель с такой, я бы сказал, уникальной фамилией. Он никогда не вел у нас занятий, а столкнулся я с ним (в полном смысле этого слова) в 1980 году. В этот день я сдавал расчетные работы по сопромату Бернацкому ─ неплохому лектору, но очень муторному, преподавателю. Он почему-то очень любил тянуть время на практических занятиях. Не мог так просто посмотреть правильно или нет и отпустить студента на волю, а обязательно начинал перепроверять и пересчитывать. В общем, минут пятнадцать делал то, что можно было сделать за минуту. Может быть, он хотел придать весомости себе и своему предмету. Типа, вот какая серьезная наука сопромат. Или боялся, ─ донесут начальству, что он ведет свои занятия спустя рукава и его попрут с кафедры. А тогда кафедральное место считалось очень лакомым кусочком. Поэтому и создавал видимость деятельности по принципу ─- долго, значит основательно. Не знаю. В наличии была явная неторопливость и педантизм.
И вот, наконец-то сдав ему расчетную работу, я не просто встал из-за стола, а подпрыгнул, подлетел, взлетел, взвился… ─ не знаю какими словами можно передать мои ощущения в тот момент. Представьте себе ─ молодому, крепкому мужчине просидеть за столом около двух часов, рисуя какие-то невообразимые эпюры, складывая и умножая какие-то непонятные цифры, ожидая решения преподавателя, с одной только мыслью в голове ─ «Когда же это блядство кончится!» И вот оно кончилось!
Разминая затекшие ноги, я устремился, полубегом к двери, которая была для нас магическим барьером, отделявшим мир света и свободы от мира тьмы и учебы. Единственным желанием каждого студента, выходящего из аудитории, было как можно быстрее вырваться на волю, покинуть мир абстрактных цифр и букв и войти в мир совершенно конкретных друзей и подруг (в особенности!)
Я распахнул дверь на всю ширину створки ─ так сильно мне хотелось увидеть светлые окна коридора первого этажа, через которые просматривался дворик перед входом в МАДИ, полный студентов, которые разговаривали, курили и обнимались с подругами. И в этот миг я забыл об окружающих! Надо было бы случиться такому, что в этот момент мимо двери проходил, нет, не проходил, а мелкой рысью пробегал, молодой еще Иванов-Дятлов. Несмотря на молодость, он был уже достаточно полный, лобастый с большой, какой-то выпученной раздувшейся головой. Видимо ума у него было очень много. Так вот, распахнутая дверь не ударила его, а зацепила за ногу сделав ему подсечку. Отчего он подлетел вверх, но тяжелая голова перевесила, и он рухнул на землю головой, причем так неудачно, что ударился об угол, в том месте, где стена соединяется с полом. Получился двойной удар ─ и об кирпичную стену, и об мраморный пол. Звук был такой, страшный, как будто бы голова Дятлова трескается. Я вздрогнул, на мгновение замер от страха и вдруг увидел, что Иванов-Дятлов встает, отряхивает свою голову от пыли, которая была на полу в коридоре, собирает разлетевшиеся бумажки и уходит, даже не глядя в мою сторону.
Я пробормотал, что-то вроде «извините», но уже в спину удаляющемуся преподавателю и рванул побыстрее на улицу. Мне хотелось глотнуть свежего воздуха, Мысль о том, что я мог убить Иванова-Дятлова не давала мне покоя. Зная, что в шоковом состоянии люди порою не замечают очень тяжелых, а порою, и смертельных, травм, на следующий день я стал маячить около аудиторий сопромата, надеясь выяснить ─ жив или нет?
Насколько же я был удивлен, когда увидел Иванова-Дятлова, как ни в чем ни бывало, на высокой скорости, двигающегося по коридору. Он был жив и здоров. Ничего в нем не напоминало о вчерашнем падении. А в моем мозгу тут же всплыла та фраза, которую я поставил в заглавие: «Не болит голова у Иванова-Дятлова». Как иногда фамилии точно передают характер человека.
Источник
Эволюция наделила эту птицу удивительными способностями
Над этим вопросом размышляют многие орнитологи. Что бы было, если б человек всю жизнь намеренно бился головой об стену? Каким образом он бы мог избежать головной боли, сотрясений мозга или отслоений сетчатки? Известно, что дятел долбит дерево 12 тысяч раз в день со скоростью 20 ударов в секунду. Для человека это эквивалентно удару лицом об стену на скорости 25 километров в час. Человек без прочной каски неминуемо погиб бы, а дятел справляется без вредных последствий.
Оказалось, что черепные кости дятлов имеют губчатое строение и защищают мозг этих птиц, словно упаковочный пенопласт. Кроме того, в ходе эволюции дятлы обзавелись своеобразной мигательной перепонкой, которая за мгновение до удара опускается на глазное яблоко дятлов спереди и сверху, удерживая его в орбите. Но и это еще не все. Перед ударом о дерево глаз дятлов закрывает особая защитная пленка, предохраняющая его от возможного попадания осколков древесины.
Дополнительную защиту обеспечивает то, что мозг дятла относительно мал в сравнении с размерами птицы, а потому он более устойчив к сотрясениям. Таким образом, дятел может превращать в «молоток» всю массу своего тела, заботясь разве что о глазах, которые во время «долбёжки» закрываются утолщённой оболочкой.
Эта сосудистая оболочка не только защищает глаза от разлетающихся обломков, но и действует как «ремень безопасности» , не позволяющий глазам в буквальном смысле вылететь из головы. Ещё оболочка служит «подушкой безопасности» : она быстро заполняется кровью, благодаря чему повышается внутриглазное давление и предотвращаются повреждения сетчатки.
За исследования приспособительных механизмов дятлов при характерном только для этих птиц специфическом способе добывания корма из толщи древесины два американских орнитолога были даже удостоены 16-й Шнобелевской премии, присуждаемой за самые курьезные результаты деятельности учёных. Церемония объявления и награждения победителей происходила в американском Гарварде, куда ежегодно собирается немало и настоящих нобелевских лауреатов, некоторые из них являются лауреатами обеих премий. Остроумные ученые полагают, что вручение подобных премий гораздо в большей степени способствует популяризации науки, чем малопонятные большинству людей научные доклады.
Известный саратовский фотограф-анималист Валерий Мосейкин однажды хотел заставить зеленого дятла, который долбил дупло на здоровенном дубе, «переехать» на другое дерево. Пока дятлов не было, он молотком вбил поперек строящегося дупла большой ржавый гвоздь. После чего спустился на землю и, ехидно потирая руки, наблюдал, как прилетевший дятел с недоумением разглядывал невесть откуда взявшееся препятствие. Однако долго злорадствовать человеку не пришлось: оценив ситуацию, дятел начал с силой молотить клювом по гвоздю. Из любопытства фотограф навел на дупло подзорную трубу и обомлел: ржавый гвоздь, вбитый в крепкую дубовую древесину почти на половину длины, под ударами птичьего клюва шатался из стороны в сторону. Через пару минут дятел выдернул гвоздь (вряд ли человек смог бы проделать то же самое даже с помощью пассатижей) и как ни в чем не бывало продолжил работу…
Источник
