O mistério do Pica-Pau

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Um pica-pau dá cerca de 12 mil golpes com a cabeça por dia, sem se machucar! Este fato surpreendente desafia qualquer explicação, pois cria uma sobrecarga 1000 vezes mais forte do que um impacto de queda livre. Foi comprovado que algumas espécies de pica-paus, em processo de perfuração da casca de uma árvore, são capazes de mover o bico a uma velocidade de quase 25 km / h! Ao mesmo tempo, sua cabeça é jogada para trás com uma enorme aceleração negativa, que é mais do que o dobro da que os astronautas experimentam no lançamento! Mais recentemente, um grupo de cientistas da China conseguiu responder à pergunta:

“Por que um pica-pau não tem dor de cabeça?”

Acontece que o pica-pau tem várias habilidades únicas e uma estrutura de cabeça interessante.

Pela primeira vez, dois cientistas americanos, Ivan Schwob da Universidade da Califórnia em Davis e Philip May da Universidade da Califórnia em Los Angeles, conseguiram decifrar completamente o mecanismo de proteção da cabeça do pica-pau contra uma concussão, que em 2006 recebeu o Prêmio Ignobel por esta descoberta (este é o prêmio que os cientistas recebem por “Descobertas que primeiro causam apenas risos, e depois fazem você pensar”; no mundo da ciência, este prêmio não é menos popular que o Prêmio Nobel).

Biólogos investigaram esse mecanismo usando o exemplo do pica-pau-de-cara-dourada ( Melanerpes aurifrons ), que vive nas florestas dos Estados Unidos, mas acreditam que, aparentemente, tal sistema de segurança é inerente a todos os representantes dos pica-paus ( Piciformes ) .

Então, por que um pica-pau não sofre uma concussão? Em primeiro lugar, porque seu bico superduro atinge o cano estritamente perpendicular à superfície deste, não dobra ou vibra com o impacto. Isso garante o trabalho coordenado dos músculos cervicais – durante o trabalho de “goivagem”, apenas os músculos responsáveis ​​pelo movimento da cabeça para a frente e para trás ficam ativos e os que realizam os movimentos laterais do pescoço ficam inativos. Ou seja, o pica-pau não pode se desviar fisicamente do curso escolhido.

Além disso, apenas uma fina camada de líquido intracraniano separa o crânio desta ave e seu cérebro, o que não permite que as vibrações ganhem força suficiente para um efeito perigoso no cérebro. Além disso, este líquido é bastante viscoso, por isso extingue imediatamente todas as ondas decorrentes do impacto que podem danificar o centro nervoso mais importante.

Também importante para proteger o cérebro de concussões é o hióide – o elemento mais importante do osso hióide das aves, que por si só é mais cartilagem do que tecido ósseo real. Nos pica-paus, é extremamente desenvolvido, muito extenso e localiza-se não só na faringe (como nos mamíferos), mas também entra na nasofaringe, envolvendo-se em torno do crânio antes dela. Ou seja, este pássaro possui literalmente, um amortecedor elástico dentro do crânio.

 

 

Além disso, um estudo da estrutura interna dos ossos cranianos do pica-pau mostrou que quase todos eles contêm tecido poroso esponjoso, que é um absorvedor de choque adicional. Nesse aspecto, o crânio do pica-pau é mais parecido com o de um pintinho do que com o de um pássaro adulto (em que a proporção de substância esponjosa nos ossos é extremamente pequena). Portanto, aquelas vibrações que não foram capazes de “extinguir” o fluido craniano e o hióide, “acalmam” a substância esponjosa dos ossos.

Além disso, o pica-pau também possui uma espécie de “cinto de segurança” para os olhos – durante o impacto, a terceira pálpebra (membrana que pisca) cai sobre o olho dessa ave para proteger o globo ocular de vibrações e evitar o descolamento de retina. Portanto, a visão de pica-paus, apesar do modo de vida “arrancado”, está sempre em ordem.

E, é claro, para que todos esses sistemas de segurança caibam no crânio, os pica-paus tiveram de reduzir significativamente a superfície do cérebro.

No entanto, isso não os torna mais estúpidos do que o resto dos pássaros – pelo contrário, o pica-pau é muito esperto e tem um comportamento territorial e de nidificação bastante complexo. O fato é que, ao contrário dos mamíferos, nas aves os processos de atividade racional superior não ocorrem de forma alguma no córtex cerebral, mas nos corpúsculos listrados que ficam sob ele e em uma camada chamada hiperestriato. E essas partes do cérebro inicialmente não ocupam uma área muito grande, porque os neurônios nelas estão densamente compactados. Portanto, um pica-pau pode facilmente encolher seu cérebro sem comprometer sua inteligência.

Então, o que esse pássaro inteligente pode ensinar às pessoas? Como desenvolver estruturas perfeitas à prova de choque!

Trabalho semelhante foi feito recentemente por cientistas americanos do Laboratório de Bioengenharia da Universidade de Berkeley. O estudo cuidadoso da gravação de vídeo em câmera lenta de dados de “swotting” e tomografia de pica-paus permitiu que eles desenvolvessem um sistema de amortecimento artificial (isto é, garantindo a segurança), semelhante ao dos pica-paus.

O papel de um bico superduro em um amortecedor artificial pode ser desempenhado por uma casca externa forte – por exemplo, aço ou titânio. A função do fluido intracraniano neste dispositivo é assumida pela segunda camada interna de metal, separada da camada externa elástica de aço. Debaixo dela está uma camada de borracha dura, mas, ao mesmo tempo, elástica – um análogo de um hióide. Um “substituto” para as estruturas esponjosas é preencher todo o volume vazio sob essa borracha com contas de vidro firmemente embaladas com cerca de um milímetro de tamanho. Está provado que eles “difundem” muito efetivamente a energia de impacto e bloqueiam a transmissão de vibrações perigosas para a parte central mais valiosa, pela qual todos esses sistemas existem – isto é, uma espécie de “cérebro”.

Tal amortecedor, de acordo com os desenvolvedores, pode proteger várias estruturas frágeis, por exemplo, eletrônicos, de choques fortes. Você pode colocar em tal concha “caixas pretas” de aeronaves, computadores de bordo de navios, ou usá-lo no desenvolvimento de dispositivos de ejeção de nova geração. É possível que esta carcaça também possa ser usada na carroceria de um carro como um amortecedor adicional no futuro.

Depois de criar um protótipo em miniatura, os pesquisadores realizaram os primeiros testes dessa concha. Eles o colocaram em uma bala e dispararam com uma pistola de gás contra uma grossa folha de alumínio. A sobrecarga de choque atingiu 60.000 g, mas o amortecedor protegeu efetivamente o enchimento eletrônico nele oculto. Isso significa que este sistema funciona de forma bastante eficaz. Agora os desenvolvedores estão trabalhando na criação do mesmo amortecedor em dimensões maiores.

 

 

Cientistas chineses investigaram a proteção do pica-pau contra choques e vibrações, o que, em sua opinião, poderia ajudar a criar novos materiais e estruturas antichoque que podem ser usados ​​em vários campos da atividade humana. Engenheiros do Laboratório Estadual de Análise Estrutural para Equipamentos Industriais da Universidade de Dalian descobriram que todo o corpo do pica-pau funciona como um excelente mecanismo de absorção de choque, absorvendo a energia do impacto.

O pássaro bica uma árvore com uma frequência muito alta (cerca de 25 Hertz) e velocidade (cerca de sete metros por segundo), que é 1000 vezes mais do que a gravidade da Terra. Cientistas fizeram um modelo especial de computador 3D usando um tomograma para entender exatamente como um pica-pau protege seu cérebro de danos.

Os cientistas descobriram que a maior parte da energia de impacto é acumulada pelo corpo da ave (99,7%) e apenas 0,3% é responsável pela cabeça do pica-pau. Parte da energia do impacto é absorvida pelo bico da ave e parte pelo osso hióide da ave. E essa pequena parte da energia que ainda cai na cabeça do pica-pau é convertida em calor, por causa do qual a temperatura do cérebro aumenta muito.

O pássaro é forçado a fazer intervalos entre as bicadas na árvore não por cansaço, mas para reduzir a temperatura do cérebro.

 

 

Depois de tudo isso, só há uma maneira de finalizar este post:

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