Warum erleiden Spechte keine Gehirnerschütterungen, obwohl sie so schnell auf Baumstämme hämmern? Spechte sind berühmte „Waldärzte“. Um an die Insekten zu gelangen, die sich im Baumstamm verstecken, hämmern Spechte bis zu 20 Mal pro Sekunde auf den Baumstamm und können sogar bis zu 12.000 Mal am Tag auf den Baumstamm hämmern. Bei jedem Hammerschlag wird der Kopf einer Beschleunigung von bis zu 1.200-facher Schwerkraft ausgesetzt. Wie schaffen es Spechte, ihren Kopf bei solchen Bedingungen vor Verletzungen zu schützen? Das Forschungsteam um den Ornithologen Ivan Schwab von der University of California untersuchte diese Frage und erhielt dafür 2006 den Ig-Nobelpreis. Die Forscher stellten eine spezielle Umgebung auf, um die Spechte zu beobachten, testeten die Hammerschläge mit Sensoren und filmten sie mit zwei Zeitlupenkameras. Sie sammelten und analysierten die Daten des Spechtsschädels mithilfe von Computertomographie und Rasterelektronenmikroskopie und markierten detailliert die Strukturkombination des Schädels und die Positionen, an denen sich die Knochendichte ändert. Mithilfe der gesammelten Daten simulierten die Wissenschaftler die Auswirkungen der Hammerschläge auf den Schädel.
Durch die Simulationen fanden die Forscher heraus, dass mehrere Faktoren dazu beitragen, die Auswirkungen der Aufprallkräfte auf Spechte zu reduzieren. Der Hauptgrund dafür ist, dass Spechte eine Reihe von Vorrichtungen zur Schutz ihres Gehirns und ihrer Augen vor Aufprall entwickelt haben. Zunächst beginnt der Zungenbein des Spechts an der Unterseite des Schnabels und verläuft nach links und rechts zum Hinterkopf des Schädels und dann nach oben, wo es sich am Vorderkopf wieder kreuzt. Dies wirkt wie ein „Sicherheitsgurt“, der verhindert, dass der Hals nach hinten bricht. Sein Unterkiefer ist mit einem starken Muskel mit dem Schädel verbunden, der vor dem Aufprall schnell zusammenzieht und ebenfalls als Stoßdämpfer wirkt. Zweitens ist der Unterkiefer des Spechts länger als der Oberkiefer. Wenn die Aufprallkräfte vom Kieferspitze auf den Schädel übertragen werden, schwächt diese Struktur die Kräfte und lenkt sie vom Gehirn weg. Außerdem ist der Schädel des Spechts schwammig. Sein Schädel ist nicht nur sehr dick und stark, sondern enthält auch viele kleine Hohlräume, die wie ein Schwamm wirken und die Aufprallkräfte verteilen und das Gehirn schützen. Zwischen dem Schädel und dem Gehirn befinden sich drei Membranen, die von außen nach innen die Dura mater, die Arachnoidea und die Pia mater sind. Der Zwischenraum zwischen der Arachnoidea und der Pia mater wird Subarachnoidalraum genannt. Der menschliche Subarachnoidalraum ist mit Cerebrospinalflüssigkeit gefüllt. Der Subarachnoidalraum des Spechtes ist jedoch sehr eng und enthält fast keine Cerebrospinalflüssigkeit, was die Flüssigkeitsübertragung der Erschütterungswellen reduziert und eine Puffer- und Dämpfungswirkung auf äußere Kräfte ermöglicht. Da der Specht ein kleineres Gehirn hat, ist die Oberfläche eines kleineren Objekts relativ größer, und seine Gehirn ist länger als breit, so dass der Druck leichter verteilt wird und Spechte nicht so leicht eine Gehirnerschütterung erleiden wie Menschen. Außerdem bleibt der Specht während des Hämmerns immer in einer geraden Linie, und die Hammerschläge sind sehr vertikal, um Verdrehungen zu vermeiden, die zu einer Membranruptur und einer Gehirnerschütterung führen könnten. Daher kann der Specht trotz täglichen Hämmerns über Jahre hinweg starken Aufprallkräften standhalten.
Die Augenstruktur des Spechtes ist ebenfalls sehr clever. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zeigen, dass der Specht einen Augenblick vor dem Aufprall seine Augenlider schnell schließt, um sich vor dem Aufprallssplitter zu schützen und die Augen wie in einem Sicherheitsgurt zu umhüllen. Ihre Augen sind mit einer schleimigen Polysaccharidfüllung gefüllt, die als Puffer wirkt. Auf der Netzhaut befindet sich ein kammartiges Gewebe, das ebenfalls eine Stoßdämpfungswirkung haben könnte, da es bei einer Überfüllung den Augeninnendruck vorübergehend erhöht und die Linse und die Netzhaut schützt.
Die Forscher betonen, dass der Schutz des Gehirns des Spechtes das Ergebnis einer Kombination mehrerer Faktoren ist und nicht nur eines einzelnen. Dies zeigt deutlich, dass die Struktur die Funktion bestimmt. Diese wissenschaftliche Entdeckung wird Wissenschaftlern helfen, effektivere Schutzvorrichtungen für das menschliche Gehirn zu entwickeln.