木を切り開く鳥、キツツキは、なぜ脳震とうにならないのか？キツツキは有名な森林医です。木の幹に隠れた虫を食べるために、キツツキは毎秒最大20回の速さで木の幹に碰突し、一日に1万2千回もの碰突をし、そのたびに頭部にかかる加速度は重力の1,200倍にも達します。どうしてキツツキはこのような条件の下でも頭部に傷害を受けないのでしょうか？カリフォルニア大学の鳥類学者イワン・シュバブ氏が率いる研究チームがこの疑問に取り組み、2006年のノーベルジョーク賞を受賞しました。研究者たちは、キツツキを観察するための特定の環境を設定し、センサーで碰突の力をテストし、2台のスローモーションカメラで碰突の映像を撮影しました。コンピューター断層撮影と走査電子顕微鏡を用いて、キツツキの頭蓋骨のデータを収集・分析し、頭蓋骨の構造組み合わせや骨密度の変化箇所を詳細に示しました。科学者たちは、コンピューターシミュレーションで碰突時の頭蓋骨にかかる力を再現しました。
シミュレーションにより、碰突力を軽減する要因がいくつも見つかりました。その根本的な原因は、キツツキが脳と眼を衝撃から保護するための一連の機構を進化させたことです。まず、キツツキの舌骨は嘴の下側から左右に分岐し、頭蓋骨の後側に回り、そこから上に向かって再び交差します。これは「安全ベルト」のようなもので、首の後方への折り曲がりを効果的に防止します。その下顎は強い筋肉で頭蓋骨に接続されており、衝突前に筋肉が急速に収縮して衝撃を緩和します。次に、キツツキの嘴の下嘴が上嘴よりも長いです。衝突力が嘴の先端から骨に伝わるとき、この構造は衝突力を弱め、脳から遠ざけます。さらに、キツツキの頭蓋骨はスポンジのような構造です。頭蓋骨は厚くて強く、多数の小空洞があり、スポンジのように衝突力を分散して脳を保護します。キツツキの頭蓋骨と脳の間には3つの膜があり、外側から内側に順に、硬膜、蛛網膜、软膜です。蛛網膜と软膜の間の空洞は蛛網膜下腔と呼ばれています。人間の蛛網膜下腔は脳脊液で満たされていますが、キツツキの蛛網膜下腔は非常に狭く、脳脊液はほとんどなく、衝撃波の液体伝動を弱め、外力を緩和して脳を保護します。キツツキの脳は小さく、表面積が大きく、上下の寸法が前後の寸法よりも長いため、かかる圧力を分散しやすく、人間のような脳震とうになりにくいのです。さらに、キツツキの嘴先と頭部は常に一直線に保たれており、碰突の方向は垂直であるため、振動による脳膜の破裂や脳震とうを防ぐことができます。
キツツキの眼構造も巧妙です。高速カメラで示されたように、碰突の一瞬前に、キツツキの瞬膜が急速に閉じ、衝突による木屑の飛散から眼を保護し、眼を固定して飛び出ないようにします。眼の脉络膜は粘多糖で満たされており、衝撃を緩和する役割を果たしています。脉络膜上には櫛のような櫛膜があり、衝突時の充血によって眼内圧が一時的に上昇し、水晶体と網膜を保護する可能性があります。
研究者たちは、キツツキの脳を保護するのはこれらの要因の組み合わせであり、いずれの要因だけではないと強調しています。これは、システムの構造が機能を決定することを十分に示しています。この科学発見は、人間の脳を保護するより効果的な装置の設計に役立つでしょう。