Golpear un pico contra el tronco de un árbol parecería una actividad que podría causar dolores de cabeza, dolor de mandíbula y lesiones graves en el cuello y el cerebro. Sin embargo, los pájaros carpinteros pueden hacer esto 20 veces por segundo y no sufren efectos nocivos.
Los pájaros carpinteros se encuentran en áreas forestales de todo el mundo, excepto en Australia. Estas aves tienen la capacidad inusual de usar sus picos para martillar los troncos de los árboles para hacer agujeros para extraer insectos y savia. Aún más impresionante hacen esto sin hacerse daño.
Somos científicos de materiales. que estudian sustancias biológicas como huesos, pieles, plumas y conchas que se encuentran en la naturaleza. Estamos interesados en la estructura ósea del cráneo y la lengua de los pájaros carpinteros, porque creemos que su anatomía inusual podría proporcionar información que podría ayudar a los investigadores a desarrollar un mejor equipo protector para la cabeza de los humanos.
Conmociones cerebrales en las personas.
Los pájaros carpinteros sufren muchos golpes de alto impacto en sus cabezas mientras picotean.
Tienen fuertes plumas de cola y garras que les ayudan a mantener el equilibrio mientras su cabeza se mueve hacia el tronco del árbol a 7 metros (23 pies) por segundo. Luego, cuando su pico golpea, sus cabezas se ralentizan a aproximadamente 1,200 veces la fuerza de gravedad (g).
Todo esto ocurre sin que el pájaro carpintero sufra conmociones cerebrales o daño cerebral.
Una conmoción cerebral es una forma de lesión cerebral traumática causada por golpes repetidos en la cabeza. Es una ocurrencia común y ocurre con frecuencia durante deportes de contacto como el fútbol o el hockey.
La lesión cerebral traumática repetida eventualmente causa un trastorno cerebral progresivo, encefalopatía traumática crónica (CTE), que es irreversible y produce síntomas como pérdida de memoria, depresión, impulsividad, agresividad y comportamiento suicida.
L a National Football League dice que las conmociones cerebrales en jugadores de fútbol ocurren a 80 g. Entonces, ¿cómo sobreviven los pájaros carpinteros a impactos repetidos de 1.200 g sin dañar su cerebro?
Hemos buscado los secretos clave de la capacidad del pájaro carpintero para tolerar el alto impacto durante el martilleo. Estudiamos las microestructuras de los huesos y luego hicimos un análisis biomecánico en la cabeza.
Estructuras inusuales del hueso del cráneo y de la lengua
Al comparar los cráneos de pájaros carpinteros y pollos, descubrimos que los pájaros carpinteros tienen adaptaciones de absorción de impactos que otras aves no tienen. Esto incluye huesos especializados del cráneo, músculos del cuello, picos y huesos de la lengua.
Los huesos del cráneo tienen una composición química y densidad diferentes. Por ejemplo, una adaptación estructural se logra al aumentar la acumulación de minerales en los huesos para hacerlos más rígidos y fuertes en comparación con otras aves.
Sorprendentemente, el hueso del cráneo es muy delgado y hay menos líquido que separa el cerebro del hueso del cráneo que en otras aves y animales. Eso sugeriría que el cráneo está adaptado para ser más duro y más duro al mismo tiempo.
Por lo general, en la ciencia de los materiales del mundo real, existe una compensación general entre dureza y tenacidad. Sin embargo, Tener materiales duros y duros en la cabeza disminuye la cantidad de impacto transferido al cerebro
Una segunda diferencia es que los pájaros carpinteros tienen menos líquido interno que rodea el cerebro que otros animales grandes. Esto ayuda a limitar el movimiento del cerebro durante el picoteo. La cantidad reducida de líquido tiene un efecto análogo a la yema de un huevo duro, que no se dañará con la sacudida, en comparación con la yema de un huevo crudo y crudo.
Los pájaros carpinteros también tienen un hueso incrustado en la lengua que ayuda a extraer insectos de los árboles. La lengua inusual envuelve la parte posterior del cráneo y se ancla en la parte delantera entre los ojos. Esta configuración permite que la lengua y su hueso actúen como un resorte, amortiguando la fuerza física y las vibraciones relacionadas.
Diferentes tipos de hueso
La rigidez y resistencia de un hueso esquelético típico se debe a una vaina densa de hueso compacto que encapsula un hueso esponjoso y poroso. Pero el hueso de la lengua del pájaro carpintero tiene la estructura opuesta: una vaina flexible y un hueso central más duro. Esta configuración de adentro hacia afuera Proporciona una mayor flexibilidad y puede absorber impactos y vibraciones más altos.
Nuestro trabajo sugiere que los huesos inusuales del cráneo y la lengua del pájaro carpintero son Un ejemplo de estructuras resistentes al impacto esenciales para proteger el cerebro del pájaro carpintero durante el comportamiento de picoteo.
Actualmente, biólogos y neurocientíficos están trabajando activamente en estudiando el cerebro del pájaro carpintero para ver si hay alguna evidencia patológica de lesiones cerebrales, como CTE en humanos.
Esperamos que esta investigación revele si hay otros mecanismos de protección o curación en juego a nivel de tejidos o células en los cerebros de los pájaros carpinteros que, esperamos, revelarán cómo proteger y curar las lesiones cerebrales humanas.
La profesora Joanna McKittrick, un ingeniero pionero en la Universidad de California en San Diego y un reconocido experto en ciencia de materiales, falleció el 15 de noviembre de 2019, poco después de completar esta pieza. Tenía 65 años. Era una apasionada defensora de las mujeres y estudiantes subrepresentados en STEM y una mentora reflexiva. 
Joanna McKittrick, Profesor de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, Universidad de California San Diego y Jae-Young Jung, Académico Postdoctoral de Cirugía Ortopédica, Universidad de California, San Francisco..
Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.