揭秘啄木鳥的超能力

文李忠東

啄木鳥的羽毛五顏六色，以用尖尖的喙啄食樹木而聞名，是著名的森林鳥。全世界大約有210 種啄木鳥，我國境內(nèi)現(xiàn)有27 種，其中廣泛分布的有綠啄木鳥和斑啄木鳥，四川、云南、福建等地的白腹黑啄木鳥為國家二級保護(hù)動(dòng)物。不同品種的啄木鳥形體大小差別很大，例如，絨啄木鳥體長約15 厘米，北美黑啄木鳥體長約47 厘米，橡子啄木鳥體長約20 厘米，紅頭啄木鳥體長與橡子啄木鳥相似，19 ～23 厘米。啄木鳥以害蟲為食，主要有天牛幼蟲、囊蟲、象鼻蟲、偽甲蟲、甲蟲、螟蟲、臭蟲、蟲卵和螞蟻等。它們一般要把整棵樹的囊蟲徹底消滅后，才轉(zhuǎn)移到另一棵樹上。遇到蟲害嚴(yán)重的樹木，啄木鳥會(huì)連續(xù)工作幾天，直到把全部害蟲清除掉。如果在13.3 公頃的森林中棲息著一對啄木鳥，那么一個(gè)冬天便可啄食90%以上的吉丁蟲。

每天清晨，啄木鳥就開始用嘴敲擊樹干，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爭對手，也能夠幫助吸引伴侶。春天的時(shí)候，雄性啄木鳥會(huì)在樹干上有節(jié)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(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，吸引雌鳥，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。

據(jù)觀察，當(dāng)啄木鳥在樹干上啄樹尋蟲時(shí)，身后通常會(huì)有山雀跟隨。山雀之所以默默地跟隨在啄木鳥身后，并不是為了搶食或者陷害它們，而是食用啄木鳥遺漏的“飯菜”。山雀吃飽喝足后十分開心，歡快地鳴叫著。啄木鳥為什么允許山雀這樣做呢？原來看似跟屁蟲的山雀，無形中成了為啄木鳥站崗的“哨兵”。一旦山雀沉寂下來，聰明的啄木鳥便瞬間明白是天敵雀鷹來了，會(huì)快速轉(zhuǎn)移或躲藏起來。

吉拉啄木鳥

頑強(qiáng)生存本領(lǐng)強(qiáng)

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

法寶一：“鐵鉤爪”

啄樹的時(shí)候，啄木鳥必須在樹干上抓牢，不然用喙啄木時(shí)整只鳥會(huì)被震飛，也無法使力。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(qiáng)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(shí)可以支在樹干上，與兩只腳形成非常穩(wěn)固的三腳架。無論頭頸部怎么折騰，都能保證下盤穩(wěn)固不打滑，身體不會(huì)下墜。

啄木鳥抓樹的時(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干上時(shí)，能夠保持身體平衡。有極少數(shù)的啄木鳥（如黑背啄木鳥等）只有三根全部朝上的腳趾，彎曲的趾甲很鋒利，一上樹就能把樹干抓得牢牢的。

橡子啄木鳥

吸汁啄木鳥

啄木鳥的喙既結(jié)實(shí)又輕盈

法寶二：“鑿子嘴”

啄木鳥啄樹靠的是喙，喙骨非常堅(jiān)硬，由3 層組成，既結(jié)實(shí)又輕盈。啄木鳥的瞬膜(又稱“第三眼瞼”，是脊椎動(dòng)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(shí)，在鳥喙擊打到樹干前的一瞬間會(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。

啄木鳥的喙經(jīng)常被卡在樹木中，為什么能輕而易舉地拔出來呢？科學(xué)家通過拍攝兩只黑啄木鳥啄食硬木樹干的視頻，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，幫助順利抽出鳥喙。整個(gè)過程顯得十分輕松熟練，所需的時(shí)間不到20 毫秒。

啄木鳥的舌頭能伸縮，細(xì)長而富有彈性，僅從嘴里伸出可見的部分就有14 厘米。體內(nèi)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(jīng)過頸部的兩側(cè)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(xì)鉤，使得蟲子無法逃脫。據(jù)史料記載，啄木鳥的奇葩舌頭，讓歐洲文藝復(fù)興時(shí)期的杰出代表人物達(dá)·芬奇念念不忘，他臨終前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(dòng)發(fā)出的聲音。它們靠啄樹干來判斷里面有沒有蟲子，如果發(fā)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(shí)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(huì)巧施“擊鼓驅(qū)蟲”的妙計(jì)，用喙在蛀洞通道處敲擊，發(fā)出使害蟲恐懼的特異敲擊聲。在聲波的刺激下，害蟲暈頭轉(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擒而食之。

啄木鳥奇葩的舌頭

從來不會(huì)腦震蕩

啄木是啄木鳥最主要的活動(dòng)，它啄木的頻率達(dá)到每秒15 ～16 次。令人驚訝的是，其大腦面對強(qiáng)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，毫無疑問將會(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

長期以來，科學(xué)家們一直想弄清楚“啄木鳥能夠反復(fù)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(rèn)為，啄木鳥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，或者是鳥喙吸收了部分力量，能讓它們不停地啄擊樹木卻不會(huì)腦震蕩。持這種觀點(diǎn)的人認(rèn)為，啄木鳥有著非常厚的特殊頭骨結(jié)構(gòu)，上面至少有三層防震裝置：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，啄木鳥顱骨上有一塊松質(zhì)骨，如同海綿一樣能起到減震吸能的作用。松質(zhì)骨是天生的“安全氣囊”，能夠避免大腦遭受損傷。此外，啄木鳥啄木時(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)聽起來似乎合乎情理，很有說服力。但比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)的生物學(xué)家薩姆·范瓦森貝格及其同事的全新研究結(jié)果，對此發(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)削減啄木鳥的啄擊能力，啄木鳥的頭部實(shí)際上更像是堅(jiān)硬的錘子，而不是頭盔。

用高速攝影機(jī)拍下了啄木鳥啄入樹木的視頻

研究團(tuán)隊(duì)想要探索的是，啄木鳥在撞擊樹木時(shí)究竟有沒有緩沖避震的能力。雖然猜想由來已久，但沒有人真正捕捉到松質(zhì)骨起緩沖作用的場景。為此，研究人員利用高速攝影機(jī)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三個(gè)物種。

為了精準(zhǔn)地了解不同部位的運(yùn)動(dòng)是否同步，研究人員對視頻中啄木鳥喙、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，說明松質(zhì)骨完全沒有起到減震的作用。接下來，研究人員基于視頻數(shù)據(jù)創(chuàng)建了模型，模擬結(jié)果顯示減震過程根本無法保護(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，那么啄木鳥通過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在持續(xù)的頭部撞擊中出現(xiàn)腦震蕩與大腦損傷的后果呢？研究人員根據(jù)模擬計(jì)算得到的答案非常簡單：啄木時(shí)，啄木鳥的大腦所承受的壓力，根本沒有達(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。但啄木鳥的大腦長度只有人類大腦的七分之一，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(shí)，才會(huì)真正遭受腦部損傷。而目前的撞擊程度，即使沒有“安全氣囊”保護(hù)，也不會(huì)造成損傷。研究人員通過微型計(jì)算機(jī)斷層成像掃描的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，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(shù)量和個(gè)別的骨小梁之間更緊密的間距，可能能夠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，研究人員還推測或許它們擁有某種機(jī)制來預(yù)防、修復(fù)微小的腦外傷。

新發(fā)現(xiàn)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(xiǎn)之中，即使是超過100 次的最強(qiáng)烈的啄木沖擊，對啄木鳥的大腦來說仍然應(yīng)該是安全的— —計(jì)算顯示啄木鳥當(dāng)時(shí)大腦的負(fù)荷依然低于遭受腦震蕩的人類。

奇妙的大自然蘊(yùn)含著神奇的科學(xué)知識，直覺有時(shí)會(huì)愚弄我們，科學(xué)家們可能需要重新檢驗(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)橛袝r(shí)候可能會(huì)有一些意外的發(fā)現(xiàn)。