¿Por qué las aves carpinteras golpean el tronco del árbol a alta velocidad y no sufren conmociones cerebrales? Las aves carpinteras son famosas «doctoras» del bosque. Para comer los insectos escondidos en el tronco del árbol, pueden golpear el tronco hasta 20 veces por segundo, e incluso hasta 12.000 veces al día, y la aceleración que sufre su cabeza durante cada golpe puede llegar hasta los 1.200 grados de la aceleración de la gravedad. ¿Cómo logran las aves carpinteras proteger su cabeza de lesiones en estas condiciones? Un equipo de investigadores dirigido por Ivan Schwab, ornitólogo de la Universidad de California, estudió esta cuestión y, por ello, recibió el Premio Ig Nobel de la Paz en 2006. Los investigadores crearon un entorno específico para observar a las aves carpinteras, probaron la fuerza de los golpes con sensores y capturaron los movimientos con dos cámaras de alta velocidad. Utilizaron la tomografía computarizada y el microscopio electrónico de barrido para recopilar y analizar los datos del cráneo de las aves carpinteras, anotando detalladamente la combinación de la estructura del cráneo y la ubicación de los cambios en la densidad ósea. Con los datos recopilados, los científicos utilizaron simulaciones por ordenador para demostrar la fuerza ejercida sobre el cráneo durante el proceso de picoteo.
A través de las simulaciones, los investigadores descubrieron que varios factores reducen el daño causado por los impactos en las aves carpinteras. La razón fundamental es que las aves carpinteras han evolucionado una serie de dispositivos para proteger su cerebro y sus ojos de los impactos. En primer lugar, el hueso hioides de las aves carpinteras comienza en la parte inferior de su pico, se bifurca a la izquierda y a la derecha y rodea la parte posterior del cráneo, antes de extenderse de nuevo hacia arriba y volver a cruzarse en la parte frontal de la frente. Esto es como un «cinturón de seguridad», que puede evitar que la columna vertebral se doble hacia atrás. Su mandíbula está unida al cráneo por un músculo fuerte que se contrae rápidamente antes del impacto, lo que también actúa como amortiguador. En segundo lugar, la parte inferior del pico de las aves carpinteras es más larga que la superior. Cuando la fuerza del impacto se transmite desde la punta del pico hasta el hueso, esta estructura debilita el impacto y lo aleja del cerebro. Además, el cráneo de las aves carpinteras tiene una estructura esponjosa. Su cráneo no solo es muy grueso y fuerte, sino que también tiene muchos pequeños espacios, algo así como una esponja, que pueden disipar el impacto y proteger el cerebro. Entre el cráneo y el cerebro hay tres membranas, que van desde el exterior hacia el interior: la dura mater, la aracnoidea y la piamadre. El espacio entre la aracnoidea y la piamadre se llama el espacio subaracnoideo. En los humanos, este espacio está lleno de líquido cefalorraquídeo. Sin embargo, en las aves carpinteras, este espacio es muy estrecho y casi no tiene líquido cefalorraquídeo, lo que reduce la transmisión de ondas de choque líquidas y permite amortiguar y disipar los impactos. Además, el cerebro de las aves carpinteras es relativamente pequeño, con una superficie grande en comparación con su volumen, y sus dimensiones verticales son mayores que las horizontales, por lo que la presión ejercida sobre él se dispersa con más facilidad y, por lo tanto, es menos probable que sufran conmociones cerebrales. Además, la punta del pico y la cabeza de las aves carpinteras siempre están en una línea recta, y la dirección del golpe es muy vertical, lo que evita que las fuerzas de torsión provoquen la ruptura de las membranas y las conmociones cerebrales. Por lo tanto, a pesar de que picotean todos los días, pueden soportar los fuertes impactos durante muchos años.
La estructura de los ojos de las aves carpinteras también es muy ingeniosa. Las cámaras de alta velocidad muestran que, en el instante anterior al impacto, los párpados de las aves carpinteras se cierran rápidamente, lo que evita que las astillas de madera del impacto dañen los ojos y, al mismo tiempo, envuelven los ojos como un cinturón de seguridad, evitando que salten. Sus ojos están llenos de una sustancia mucopolisacárida que actúa como amortiguador. Además, sobre la membrana de la retina hay una membrana similar a un peine, que también puede desempeñar un papel amortiguador, ya que, si se congestiona, puede aumentar temporalmente la presión intraocular y proteger el cristalino y la retina.
Los investigadores subrayan que la protección del cerebro de las aves carpinteras contra lesiones es el resultado de la combinación de múltiples factores, y no de la acción de uno de ellos. Esto demuestra que la estructura del sistema determina su función. Este descubrimiento científico ayudará a los científicos a diseñar dispositivos de protección más eficaces para proteger el cerebro humano.