Китайські вчені знімали дятлів високошвидкісною камерою, створили тривимірну модель їхнього голови й провели з нею віртуальні "краш-тесты", а також досліджували мікроструктуру костей черепа, щоб зрозуміти, як ці птахи без шкоди для себе можуть переносити щодня по 12 тисяч ударів головою з перевантаженням в 1 тисячу разів вище прискорення вільного падіння.
Група біологів під керівництвом Юйбо Фаня з Бейханского університету в Пекіні в статті, опублікованій в журналі PLo ONE, роблять висновок, що череп і дзьоб дятла містить невеликі вкраплення еластичних тканин, які гасять вібрації, що дозволяє цим птахам не турбуватися про головний біль навіть після цілого дня "столярних" робіт.
Фань і його колеги - не перші вчені, яких зацікавили питання "чому в дятла не болить голова". Зокрема, американський офтальмолог Іван Шваб звернув увагу на те, що в дятлів не буває відшарування сітківки, черепно-мозкових травм і травм спинного мозку, яких можна було б очікувати при їх "роботі".
В 2002 році він опублікував в British Journal of Ophthalmology статтю, у якій відзначав, що кістки дятлів мають губчату структуру, а нижня щелепа постачена хрящовою "прокладкою", що зм'якшує силу ударів.
Крім того, перед моментом удару м'яза, що втримують щелепи, за мілісекунду напружуються, утворюючи амортизаційну подушку й перерозподіляючи енергію удару так, що вона йде повз мозок.
В 2006 році Шваб одержав незвичайну популярність завдяки присудженій йому за це дослідження пародійної Шнобелевской премії в номінації "орнітологія", що він розділив з покійним Филипом Мэем, що також вивчав дятлів.
Китайські дослідники визнають пріоритет колег, однак відзначають, що колишні дослідники приділяли мало увагу тривимірній кінематиці руху дятлів, кількісній оцінці й дослідженню мікроструктури костей птахів.
Фань і його колеги піймали декількох більших строкатих дятлів (Dendrocopos major) - найвідоміших представників цього сімейства, яких можна почути практично в будь-якому лісі.
Орнітологи посадили птахів у клітки, по периметру яких були встановлені високошвидкісні камери, здатні знімати відео дозволом 512 на 512 пікселів із частотою 2000 кадрів у секунду. Спеціальна комп'ютерна програма стежила за рухом тулуба й дзьоба дятлів і відзначала кожен момент, коли птах спробував пробити прути клітки, била у вимірник сили удару або в навколишній її "в'язницю" пінопласт.
Зйомки показали, що при ударі дятли рухають дзьоб по стрілковидній траєкторії, що дозволяє їм знизити навантаження на череп при мінімальному зменшенні сили удару.
Учені "просвітили" декілька "голих" черепів за допомогою рентгенівського томографа й електронного мікроскопа й склали карту мікроструктури їхніх костей. Потім біологи перевірили міцність 12 черепів дятлів за допомогою машини для випробування матеріалів, прикладаючи до них силу в 50 і тисячу ньютонів.
Використовуючи отримані дані, дослідники побудували точну комп'ютерну модель черепа й проаналізували його властивості. Учені провели віртуальний "краш-тест", зіштовхуючи череп, що рухається, із твердою стінкою.
Виявилося, що мозок дятла дуже щільно "упакований" у його череп, що допомагає птахові уникнути непотрібних зіткнень мозку й черепа. Кістки черепа складаються з мозаїки з відносно твердих фрагментів і більше м'яких "губок", які гасять коливання при стиску. Довга під'язична кістка, що оперізує задню частину черепа птаха, є своєрідним "ременем безпеки", що нейтралізує залишкові коливання.
Верхня половина дзьоба птаха трохи коротше нижньої, приблизно на 1,2 міліметри. Такий пристрій дзьоба допомагає дятлам домагатися найбільшої сили удару при найменшому навантаженні на їхній череп і мозок. Нижня половинка дзьоба "збирає" більшу частину вібрацій, які поширюються по нижній, а не верхній частині черепа, що вберігає мозок від травми.
Автори статті думають, що їхнє дослідження допоможе інженерам створити каски й шоломи, що не поступаються у міцності черепу дятлів.
