Почему не болит голова у дятла исследовательская работа

Министерство образования и науки Республика Бурятия

МО Мухоршибирский район

МБОУ «Хонхолойская средняя общеобразовательная школа»

Исследовательская работа

Тема: «Почему не болит голова у дятла?»

Автор: Митрофанова Анна Викторовна

ученица 7 класса Хонхолойской СОШ

Руководитель: Авраменко Ольга Николаевна

учитель биологии и химии

МБОУ «Хонхолойская СОШ»

Введение

Людей, можно сказать, веками мучила загадка: как дятлы не сходят с ума, целыми днями долбя деревья?
Дятел, действительно, судя по всему, никогда не страдает головными болями. И сотрясений мозга у него тоже не бывает. Долгое время ученые не могли понять — как ему это удается. Ведь установлено, что дятел долбит твердую поверхность со скоростью 20 ударов в секунду, прилагая силу, в 1,2 тысячи раз превосходящую силу тяготения Земли. Для сравнения — это равно силе удара о поверхность Земли реактивного самолета, врезавшегося в нее на полной скорости. Никто из людей не выжил бы после такого страшного удара. А дятлу все нипочем, каждый день он добровольно подвергает себя этим чудовищным перегрузкам и ничего — жив, здоров и весел.

Цель: выяснить, какие механизмы строения тела позволяют дятлу долбить деревья и не сходить с ума.

Основная часть

2.2. Разновидности дятлов и их среда обитания

Распространена эта птица почти по всему земному шару. Не встретишь ее лишь в ледяной Антрактиде и на некоторых небольших островах. Не живут дятлы и в Австралии. На остальных же континентах, везде, где есть леса, обязательно есть и дятлы.

Это, преимущественно, лесные жители. Причем, селятся они в любых лесах: и в лиственных, и в хвойных. Местность могут выбрать они для своего проживания, как сухую, так и заболоченную.

Разновидностей дятлов очень много. По некоторым подсчетам, их существует в настоящее время около 200, по другим – немного больше видов.

Окрас их, в зависимости от вида, различается. И, довольно значительно. Так, есть дятлы с зеленым оперением. Этот вид отлично чувствует себя на горизонтальной поверхности, в отличие от других. Самые крупные – черные дятлы. Самый прожорливый – седой трехпалый.

В России же их насчитывают около 14 разновидностей. Самый распространенный – пестрый. Этот вид имеет несколько подвидов. В городских скверах и парках можно встретить малого пестрого. Вообще, дятлы не так часто, как другие птицы, селятся вблизи людей. Основная среда их обитания – это леса.

Несмотря на значительные различия в размерах и окрасе, в зависимости от разновидности, у всех дятлов имеются несколько отличительных черт, присущих всем им. Практически у всех имеется красное пятно на голове. У пестрого – на затылочной части. Этот признак, пожалуй, самый отличительный, по которому многие и узнают его.

Отличает дятлов и строение их тела, некоторые его особенности. Так, дятлы не приспособлены к нахождению на горизонтальной плоскости, за исключением одного вида. На земле их практически не встретишь. Хвост служит для птиц пружинистой опорой для передвижения по вертикали (по стволу дерева). Перемещаются они вверх по дереву, с небольшим уклоном в сторону.

Перья у дятлов жесткие. Особенно – в хвостовой части. Очень плотно они прилегают у них к телу.

Ноги дятла короткие и сильные, вогнуты вовнутрь. Крепость их клюва полностью соответствует их основному занятию – долбежки древесины. Он очень прочен. А язык – длинный, тонкий, шероховатый, с зазубринками на конце. При добывании пищи из ствола дятлы могут высовывать его на несколько сантиметров вперед (иногда – аж до 15см.). И, жучки и паучки липнут на него. Внутри оборачивается язык у них вокруг головы. Дышит дятел одной ноздрей – левой. А через правую у него и проходит длинный язык.

2.2. Образ жизни

Дятлы – птицы не перелетные. Облюбовав лесную местность, они уже не покинут ее. Произойти это может лишь в крайнем случае. Например, места эти обеднеют, станет мало пищи. Вырубка леса, естественно, так же может привести к переселению этого вида птиц. Ведь основная жизнедеятельность дятлов – это изучение деревьев.

За этим занятием они и проводят большую часть своей жизни. Кстати, живут они, порой больше 10 лет. Минимальная же продолжительность их жизни – от 5 лет. К гибели приводит дятлов, чаще всего, человеческая деятельность и нападения хищников. Дятла может поймать и съесть, например, коршун или ястреб, или другая крупная хищная птица.

Дятлы, обитающие ближе к северу, все же с усилением холодов начинают искать более теплое место. Но, раз переселившись, по какой бы то ни было причине, назад они уже не возвращаются. А так, ведут они оседлый образ жизни. Иногда, совершают дятлы небольшие путешествия по окрестной местности, в поиске новых деревьев и пней для изучения.

Найдя подходящее дерево, дятел принимается за дело. Подлетев к облюбованному растению, он сядет, сначала, на нижнюю часть ствола. Далее, по мере необходимости, дятел будет перемещаться по нему скачкообразными движениями вверх, с небольшим уклоном в сторону. А вот просто сидеть на ветке дятел не будет. Он не приспособлен к горизонтальному положению.

Полет этих птиц волнообразен. Они не летят прямо. Траектория их воздушного перемещения колеблется в стороны. Частота взмаха крыльев довольно высока. Летят они быстро.

Дятлы – одиночки. В стаи они не сбиваются. Но, многие из них, выбрав себе пару и расставшись после выкармливания птенцов, воссоединяться на будущий год с этой же особью.

2.3. Рацион дятлов в разное время года

Меню этих птиц довольно разнообразное. Особенно в летний период. Едят они и ягоды, и семена различных растений. Но, основное их лакомство – это насекомые-паразиты, которых они и добывают из древесной коры. Причем, здоровые деревца дятлы не трогают. А больные, трухлявые – это настоящая для них находка. Съест дятел и гусеницу, и бабочку. Едят дятлы и улиток, муравьев и тлю. Некоторые из них большие любители муравьиных яиц. Для того, чтобы добыть их, птицы проделывают целые тоннели в муравейниках.

Не брезгают дятлы и мертвыми животными. Еще, их можно назвать хищниками. Поедают они более мелких птиц: воробьев, синиц. Могут разорять их гнезда, выпивая яйца и воруя птенцов, которыми потом они непременно полакомятся. Так что, от мясного меню дятлы не откажутся.

Весной их пищей становятся почки деревьев, побеги молодых растений. Не прочь дятлы попить и древесного сока. Особенно любят они березовый. Дятел-сосун, к примеру, исключительно им и питается.

Что же едят дятлы в суровый зимний период? Как уже было оговорено, эти птицы довольно редко селятся вблизи человека. Но, и их можно зимой встретить у птичьих кормушек. Особенно, если в городе, или другом населенном пункте, имеются посадки деревьев.

В лесу же дятлы зимой едят шишки, оставшиеся на деревьях ягоды и семена. Порой, идя по лесу, можно увидеть на земле, вблизи дерева, кучку ореховой шелухи. Это потрудился дятел. Они засовывают шишки в расщелины деревьев и расшелушивают их, добывая орехи. Иногда, дятлы запасают их впрок, пряча в древесных щелях. Некоторые виды делают припасы на холодный период. Причем, осенью их они есть не будут, оставив на более голодные дни.

2.4.«Семейная жизнь» дятлов

О воспроизведении потомства начинают заботиться птицы еще с середины зимы. Во время их брачного периода раздаются по лесу их крики и стук. Дятлы вообще очень шумные создания. Помимо стуков по стволам, они шумят и ветками деревьев, приводя их в движение. Во время же выбора партнерши, дятлы-самцы устраивают танцы и полеты для привлечения самочек. А песни их – короткие, часто повторяющиеся трели. Еще, для этого же, привлечения самки, выбрав сухой сук, который будет отлично распространят звук, дятел устроит такую барабанную дробь, что слышно ее может быть по округе в радиусе от 1,5 км.

Место для будущего высиживания птенцов выбирает самец. Выбор падает, как правило, на деревья с мягкой древесиной.

К середине мая их брачные игры заканчиваются. И, пара принимается за обустройство дупла. Строительством занимаются попеременно оба: и самец, и самка. «Пол» в дупле они выстилают щепками.

Обычно, на строительство жилья уходит у дятлов не более двух недель. Но, есть такой вид дятлов, проживающий на Американском континенте, который может заниматься таким ответственным делом несколько лет! Вот такой «серьезный» дятел-американец! Называется этот подвид кокардовым.

Еще, дятлы, после выполнения своей ежегодной родительской миссии, могут бросить свой дом. На будущий год они сделают для себя новое дупло. А в старом могут спокойно поселиться синички и другие бездомные пернатые обитатели леса.

Интересно дятлы обустраивают свои дупла. Вход туда они, обычно прячут под ветками. А иногда, можно увидеть их домик под своеобразным «балконом» – древесным грибом. Он, так же, выполняет маскировочную роль.

Когда дупло готово, самка дятла откладывает яйца. Обычно, кладка не превышает 5 – 7 яиц. Высиживанием их, в большей мере, занимается самец. Иногда, они меняются с самкой. А вот кормить птенцов будут уже оба родителя.

По истечении двух недель, появляются на свет слепые и глухие птенцы. Оперение у них в первые дни жизни отсутствует. Но, уже через месяц будут бегать по стволу дерева уже пернатые птенчики. Сначала, они будут поджидать у входа в дупло своих родителей с кормом. А чуть позже, будут бегать уже и по всему дереву, еще не умея летать. Еще около месяца молодые дятлы проведут вблизи мамы и папы. И, уже с приближением их первой в жизни зимы наступает самостоятельная жизнь. Родители, так же отделяются друг от друга, и от своего выводка. Ведь дятел – индивидуалист!

2.5.Почему же дятел не получает сотрясение мозга

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”; в мире науки эта премия не менее популярна, чем Нобелевская). Биологи исследовали этот механизм на примере златолобого дятла (Melanerpes aurifrons), обитающего в лесах США, однако считают, что, видимо, такая система безопасности свойственна всем представителям дятлообразных (Piciformes).

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.
2.6. 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 миллиметра. 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.

Кстати…

Долбят дятлы деревья вовсе не только в целях пропитания. Это, так же, помогает им в весеннем призыве самок. А еще, так они дают знать о том, кто главный на данной территории.

Летать дятлы не очень любят. Хотя и умеют это делать отлично. Не поспешит дятел улететь и в случае опасности. Сначала он попросту спрячется, перепрыгнув на другую сторону ствола, так, чтобы хищник его не видел. А сам будет наблюдать за ним, выглядывая из-за дерева. И, только в случае неизбежно опасной близости врага он улетит.

В Америке живет дятел, в обязательном порядке делающий запасы. Это желудевый дятел. И, запасает он желуди, пряча их в трещинах стволов деревьев.

Можно встретить дятла даже в пустыне! Там он долбит кактусы. Не все подряд, конечно. Древовидные.

Есть виды дятлов, устраивающих себе гнезда в грунте. Они вырывают норки и выстилают их шерстью животных.

Дятлы – довольно прожорливые птицы. Это объясняется тем, что они очень много тратят сил и энергии на долбежку деревьев. Поэтому и испытывают почти постоянное чувство голода. А долбят стволы они с большой силой и частотой. За секунду они способны совершить до 25 ударов! Благо, клюв их очень крепок. А мозговое строение устроено так, что предохраняет их от сотрясений.

Долбит дятел дерево – щепки летят! А ему – хоть бы что! Так устроено, что у них буквально за мгновение до удара по дереву срабатывает природный защитный рефлекс – веки прикрывают глаза. И, они защищены от попадания в них щепок!

Выводы:
Так что, как видите, человечеству есть чему поучиться у дятлов. Например, тому, как пробивать головой стену и при этом остаться живым и не сойти с ума…

Литература
Интернет ресурсы

https://www.pravda.ru/science/eureka/discoveries/22-02-2011/1067527-melanerpesaurifrons-0/
https://www.digimorph.org/specimens/Melanerpes_aurifrons/