При работе клювом дятлы испытывают перегрузки от 1200 до 1400 g. Ранее считалось, что благодаря эволюционной адаптации эта птица невосприимчива к черепно-мозговым травмам. Именно из-за этой особенности его модель “работы головой” использовалась при разработке спортивной экипировки, такой, как футбольные шлемы. Однако новое исследование Бостонского университета показывает, что мозг дятлов содержат накопления тау-белка – протеина, связанного с повреждением головного мозга у людей.
Пернатый труженик
Недавнее исследование утверждает, что мозги бедных дятлов, также, как и людей, демонстрируют химические признаки сотрясения.Все мы с детства знакомы с этим пернатым лесным тружеником. С утра до вечера в лесу (да и в спальных районах крупных городов) можно услышать звонкое “тррррр ” – это маленький дятел добывает себе пропитание. Своим конусообразным клювом он продалбливает отверстие в коре, и языком достает насекомых, которые составляет основу его рациона в теплое время года. Зимой же эта птица питается семенами – дятел находит шишку хвойного дерева, зажимает ее между ветвями на дереве, и разбивает клювом, добираясь до семян.
Логично было бы предположить, что раз эта птица способна весь день биться головой об дерево, то мать природа одарила ее мозг защитой от сотрясений и ушибов. Забавно, но до недавнего времени никому и в голову не приходило проверить мозг дятла на наличие характерных повреждений. Недавнее исследование, проведенное медицинской кафедрой Бостонского университета утверждает, что мозги бедных дятлов, также, как и людей, демонстрируют химические признаки сотрясения.
В рамках исследования было проведено сравнение между мозгом пушистого дятла и красноплечего трупиала (которому не нужно стучать клювом по дереву, чтобы раздобыть себе обед) на предмет накопления тау-белка.
Противоударный дятел
Как известно, основные клетки головного мозга это нейроны, которые являются клеточными телами и аксоны – “телефонные линии”, через которые нейроны общаются. Эти “телефонные линии” покрывает тау-белок – он обеспечивает им защиту и стабильность, сохраняя при этом их гибкость. В умеренных количествах тау-белок может быть полезен для стабилизации клеток головного мозга, но накопление аксоном слишком большого количества этого белка может нарушить связь между двумя нейронами. Когда мозг человека получает повреждения, тау-белок накапливается и нарушает работу нервов – под удар попадают когнитивная, эмоциональная и моторная функции.
Накопление тау-белка может быть признаком повреждения мозга у людей – но является ли это признаком аналогичного недуга у дятлов?
Согласно собранным данным, мозги дятлов имеют гораздо большие накопления тау-белка , чем мозги красноплечих трупиалов. С другой стороны, чрезмерное накопление этого протеина может быть признаком повреждения мозга у людей – но является ли это признаком аналогичного недуга у дятлов? Ученые пока не знают ответа на этот вопрос.
Самые первые дятлы появились 25 миллионов лет назад – эти птицы стучат клювами уже очень давно. Если такой образ жизни вызывает сотрясения и ушибы мозга, почему же дятлы до сих пор это делают? Неужели за такой большой срок мозги этих птиц не адаптировались к способу добычи пропитания? Исследователи предполагают, что накопление аксонами дятлов тау-белка может быть не патологией, а защитной реакцией.
Таким образом, дятлы показывают все признаки, того, что выглядит как повреждение мозга у людей, однако скорее всего не страдают от черепно-мозговых травм.
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.
Ученые выяснили, почему у дятлов не болит голова 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."Существуют десятки строительных и спортивных гаджетов, построенных по тем же принципам, что и черепа дятлов, которые, как считали коллеги, никогда не страдают от травм мозга. Почему-то раньше никому не приходило в голову заглянуть внутрь черепа самого дятла и проверить, есть ли там следы сотрясений и прочих повреждений", — рассказывает Питер Каммингс (Peter Cummings) из Бостонского университета (США).
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.
Как объясняют ученые, сотрясение мозга или любая другая его серьезная травма обычно приводит к тому, что внутри него начинает накапливаться так называемый тау-белок. Это вещество накапливается внутри и вокруг нервных окончаний и помогает стабилизировать их, что защищает нервную ткань от дальнейших повреждений, но иногда приводит к развитию еще более серьезных патологий.
Соответственно, если дятлы действительно не повреждают себе мозг при добыче пищи, то тогда их организм должен содержать минимальные количества этого белка, и он будет распределен по нервной ткани достаточно случайным и равномерным образом.
Как показали эксперименты Каммингса и его команды, на самом деле это не так. Мозг всех дятлов содержал в себе достаточно большие количества тау-белка, и он чаще встречался в тех регионах мозга, которые соседствовали с теми частями черепа, на которые приходилась самая высокая нагрузка.
"Первые дятлы появились на Земле примерно 25 миллионов лет назад. Возникает вопрос - как им удалось прожить так долго, если их манера добычи пищи не является безопасной для их мозга? Вполне возможно, что их эволюция не остановилась на костях черепа, смягчающих удар, и накопление больших количеств тау-белка защищает, а не повреждает их мозг, как это происходит при появлении сотрясений у других живых существ", — заключает Каммингс.
Сотрясение мозга - это неожиданное кратковременное нарушений функций головного мозга. В большинстве случаев, человек страдает от сотрясения мозга после сильного удара головой, падения или ушиба. Бывают случаи, когда внешне совершенно невозможно распознать сотрясение, но оно произошло на самом деле.
Помните о том, что признаки сотрясения мозга проявляются не моментально. Только спустя несколько недель вы можете начать ощущать сильную головную боль, слабость, головокружение, но мыслей о сотрясении мозга не возникнет, потому что на днях вы не падали и не ударялись головой.
Ушибы головы нарушают работу ретикулярной активирующей системы. Ретикулярная активирующая система в ответе за сознание человека, крепкий сон, также она контролирует потоки информации в голове человека.
Во время удара нормальное расположение головного мозга меняется и работа нервных клеток начинает давать сбой. Нервные клетки напрямую связаны с ретикулярной активирующей системой, поэтому, через время начинают проявляться симптомы сотрясения мозга.
Когда пора обратиться к врачу
Если вы получили травму головы, то вам в любом случае стоит обратиться к специалисту. Даже если внешне на вас нет даже царапины, это не значит, что внутри ваш мозг в полном порядке. У вас может произойти кровоизлияние в мозг или вы получите отек, поэтому, доктор обязан вас осмотреть и сделать свое заключение.
Вы не можете махнуть рукой на все произошедшее и самостоятельно вынести вердикт.
Признаки сотрясения мозга можно разделить на разные категории, поэтому, вполне логично, что из-за сотрясения может пострадать весь ваш организм.
Признаки сотрясения, которые касаются мыслительных процессов и памяти:
- Человек потерял сознание на некоторое время и не может прийти в себя.
- Человек не может вспомнить, что с ним произошло.
- Мозг кажется слегка заторможенным и не может нормально функционировать.
- Отсутствует концентрация на чем-либо.
- Человек не может прочитать пару строк или написать несколько слов.
Признаки сотрясения, которые влияют на общее состояние организма:
- Ощущение головной боли.
- Нарушение нормальной работы зрения.
- Приступ рвоты и тошноты.
- Головокружение.
- Чувствительная реакция на свет.
- Плохое равновесие.
- Упадок сил.
Признаки сотрясения, которые касаются эмоционального состояния человека:
- Раздражительность без весомой причины.
- Ощущение подавленности.
- Частая перемена настроения.
- Ощущение нехватки энергии.
Вы можете обнаружить у вашего ребенка сотрясение мозга, акцентировав внимание на его поведении.
Если же человек, ударившись головой, ощущает сильную тошноту, теряет сознание, отказывается от еды и воды, то не нужно везти его в больницу, скорее вызывайте скорую помощь.
Если же вам известно, что человек, получивший травму головы, был пьян, то обязательно покажите его специалисту, потому что в состоянии алкогольного опьянения он вряд ли обратит внимание на проявившиеся признаки.
Как быть во время ожидания приезда скорой
- Дайте человеку что-то холодное и приложите его к месту ушиба на двадцать минут.
- Сделайте так, чтобы человек устойчиво лежал на боку и не двигался в случае потери сознания.
- Ни в коем случае не давайте человеку медикаменты.
Важно знать о том, что потеря сознания символизирует серьезную травму шеи, головы. Не передвигайте пострадавшего и спокойно дожидайтесь приезда специалиста.
Симптомы возникновения осложнений
Как мы писали ранее, симптомы сотрясения мозга могут проявиться не моментально. Если после посещения медпункта пострадавшего отпустили домой, не сводите с него глаз и при проявлении таких симптомов, вызывайте скорую:
- Головная боль становится все сильнее.
- Заметное нарушение координации.
- Продолжение тошноты.
- Человек не может связать два слова.
- Зрачок одного глаза увеличился.
- Человек не может проснуться.
Как вылечить сотрясение
Если человек получил легкое сотрясение мозга, то он может отлежаться дома, но если форма его травмы средняя или тяжелая, то стоит лечь в больницу и быть под присмотром специалистов.
Также, пострадавший не может находиться один, поскольку на протяжении 48 часов могут проявляться и другие признаки сотрясения мозга.
Все, что нужно - оставаться в состоянии покоя, больше спать и отдыхать. Больному противопоказан телевизор, книги, игры, все то, на чем нужно концентрировать свое внимание. Единственное, пострадавший может слушать музыку, но не слишком громко и без наушников.
Как защититься от сотрясения
Чаще всего, от сотрясения мозга страдают маленькие дети или подростки, потому что они резвятся, бегают, катаются на велосипеде и падают.
Не застрахованы от сотрясения и взрослые, поскольку они часто попадают в ДТП или получают травмы на производстве. Профессиональные спортсмены подвержены сотрясению еще больше, особенно если они занимаются боксом или различными боями.
Возникает ощущение, что от сотрясения мозга никто не застрахован, но есть общепринятые меры безопасности, которые помогут вам избежать несчастного случая:
- Занимаясь спортом, не забывайте о шлеме.
- На мотоцикл или велосипед также садитесь в шлеме.
- Занимаясь боксом, дзюдо и прочим, будьте под присмотром инструктора.
- Садясь за руль, не забывайте о ремне безопасности.
- Будьте осторожны на ступеньках в зимний период.
- Становясь на стул или лестницу, держите равновесие.
- Увидев лужу на полу, вытрите ее для того, чтобы не поскользнуться.
Перевод Павла Волкова
Оригинальный текст находится здесь:
http://omega.med.yale.edu/~rjr38/Woodpecker.htm
http://www.talkorigins.org/faqs/woodpecker/woodpecker.html
Выдвигая подобное утверждение, они представили большое количество информации, касающейся анатомии и физиологии дятла, особенно относящейся к его удивительно длинному языку, которая либо искажена, либо явно ложная.
Задача этого сайта состоит в том, чтобы предложить точную информацию тем, кто в ином случае мог бы принять за чистую монету ошибочные заявления креационистов.
Дятлы (семейство Picidae) – хорошо известные птицы, уникальная анатомия
которых позволяет им использовать необычные экологические ниши. Многие виды
этого семейства демонстрируют интересные приспособления, которые позволяют
им пробивать отверстия в твёрдой, не тронутой гнилью древесине в поисках
насекомых и другой добычи.
Язык дятла – одна из наиболее захватывающих вещей среди этих приспособлений.
В отличие от языка человека, который является главным образом мускульным
органом, языки птиц жёстко поддерживаются хряще-костным скелетом, который
называется «гиоидный аппарат». У всех высших позвоночных имеется гиоид в
той или иной форме; вы можете прощупать «рожки» вашей собственной U-образной
гиоидной кости, сжав верхнюю часть вашего горла между вашими большим и указательным
пальцами. Наш гиоид служит местом прикрепления для некоторых мускулов нашего
горла и языка.
Y-образный гиоидный аппарат птиц, однако, протягивается прямо до самого
кончика их языка. Развилка в «Y» находится прямо перед горлом, и именно в
этой области прикрепляется большинство мускулов гиоида. Два длинных образования,
«рожки» гиоида, растут кзади от этой области и образуют места прикрепления
для вытягивающих мускулов, которые берут начало на нижней челюсти. «Рожки»
гиоида некоторых видов дятлов имеют весьма впечатляющее строение, так как
они могут протягиваться до темени, а у некоторых видов тянутся вокруг глазницы
или даже простираются до носовой полости.
Необычный облик «скелета языка» дятла вдохновил креационистов на использование
его в качестве примера образования, слишком причудливого, чтобы эволюционировать
путём случайных мутаций, которые производили жизнеспособные промежуточные
звенья. Однако, как показывает изложенная ниже информация, странный язык
дятлов – это в действительности лишь удлинённая версия того же самого, что
есть у всех птиц, фактически представляющая собой превосходный пример того,
как анатомические особенности могут быть преобразованы в новые формы мутациями
и естественным отбором.
Некоторые сайты и статьи креационистов, с которыми я ознакомился, содержат
заявление о том, что язык дятла «закреплён в правой ноздре» или
«растёт назад» из носовой полости. Исходные
связи между гиоидным аппаратом дятла и остальной частью его тела – это мускулы
и связки, которые прикрепляют гиоид к кости нижней челюсти, хрящу горла и
основанию (а не вершине) черепа – то же самое положение дел,
что и у всех остальных птиц
. У взрослых особей нескольких
видов рожки гиоида могут в итоге расти вперёд и врастать в носовую полость
сверху – однако
гиоид
и
язык, конечно, не растут ИЗ носовой полости.
|
Собственно птичий язык покрывает переднюю часть гиоидного аппарата – его
задние части, в том числе гиоидные рожки, функционируют как поддерживающие
образования.
Длина гиоидных рожек у различных птиц меняется весьма незначительно, но все
они весьма сходны функционально. Домашняя курица (рисунок 3a) представляет
собой хорошо изученный пример птицы, которая не близкородственна дятлу, но
всё же обладает всеми существенными особенностями гиоида дятла (рисунок 3b).
Гиоидные рожки курицы и чехол из связок, в котором они находятся (fascia
vaginalis
– Fvg) тянутся назад по обеим сторонам горла, затем изгибаются
позади ушей курицы к задней части головы (рисунок 3a).
Сам по себе чехол образуется из мешочка смазывающей жидкости, в который рожки
врастают по мере развития. Эта смазка даёт рожкам некоторую свободу скольжения
вперёд или назад по чехлу, когда язык высовывается или втягивается в ротовую
полость. Между чехлом и рожками есть несколько эластичных связок, но они,
разумеется, не прикреплены к черепу «намертво».
Обратите внимание на точки прикрепления бранхиомандибулярных мускулов (отмеченных
как «Mbm»), которые присоединяются вблизи концов гиоидных рожков, тянутся
вдоль «чехла» и прикрепляются к середине челюстной кости (места прикрепления
отмечены как «Mbma» и «Mbmp»). Это мускулы, которые двигают рожки вниз по
чехлу, прижимают их к черепу и тем самым вытягивают вперёд жёсткий птичий
язык.
Таким образом, парные гиоидные рожки у птицы служат только местом прикрепления
мускулов, которые фактически начинаются на нижней челюсти – сокращение этих
мускулов вытягивает рожки и весь гиоидный аппарат вперёд и кнаружи относительно
черепа, выталкивая язык изо рта, словно копьё.
Как только это представление оказывается понятым, становится очевидным то,
что удлинение гиоидных рожков и прикреплённых [к ним] мускулов, без всяких
прочих изменений общего строения или функции, гарантированно дало бы птице
более длинный язык и позволило бы ей высовывать этот язык дальше изо рта.
Фактически же это как раз то, что происходит по мере того, как взрослеет
молодой дятел.
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».
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.
