Pomoc z ptačí říše. Vědci se chtějí u výroby přileb inspirovat datlem

Udeřit zobákem plnou silou do stromového kmenu, to působí jako činnost, z níž by jednoho pořádně rozbolela hlava. A kdyby jen to. Kdyby tímhle způsobem tloukl hlavou do stromu člověk (odmysleme si na chvíli ten detail, že nemá zobák), skončil by velice rychle s vážným poškozením mozku, zlomeninami krční páteře a pravděpodobně i silnými bolestmi v čelistech. Datel však něco takového zvládne bez problémů dvacetkrát za vteřinu a nic špatného se mu nestane.

Jak zabránit úrazům na kole? Pomůže vhodné plánování trasy

Datlovití ptáci obývají lesnaté oblasti po celém světě s výjimkou Austrálie. Charakteristický drnčivý zvuk, který vydává jejich superrychlé klování do stromů, známe důvěrně i z českých lesů a parků. Nejčastěji tu takto "úřaduje" strakapoud velký, ale ani datel černý, velký černý pták s charakteristickou červenou "čepičkou", není nijak výjimečný. Trojlístek datlovitých pak doplňuje žluna zelená, která však na rozdíl od předchozích dvou tráví na stromech o něco méně času, protože si zpestřuje jídelníček i ovocem a mravenci.

Datlové a strakapoudi však upřednostňují dřevokazný hmyz a mízu, a právě k jejich získání využívají svoji zvláštní schopnost vyklovávat díry ve dřevě, jež je tím pozoruhodnější, že se při ní nijak nezraní.

Tluče rychlostí sedm metrů za vteřinu

Na studium této fyzikální zvláštnosti se zaměřil vědecký tým Joanny McKittrickové z Kalifornské univerzity v San Diegu. McKittricková, která bohužel zemřela krátce po dokončení této studie v polovině loňského listopadu ve věku 65 let, byla průkopnickou profesorkou strojního a leteckého inženýrství a zabývala se vývojem nových materiálů. Její tým za tímto účelem studoval biologické přírodní látky, jako jsou kosti, kůže, peří a skořápky, kde hledal mimo jiné inspiraci pro vývoj nové ochranné výstroje pro sporty či rychlou dopravu.

Archeologové našli fosílii tančícího draka:

Proč hlava datlovitých ptáků snese při klování tolik opakovaných nárazů mimořádného dopadu, aniž by ji to jakkoli poškodilo? A jakou silou vlastně tyto nárazy působí?

Podle vědeckého týmu McKittrickové se hlava datla při úderu zobákem do kmene pohybuje směrem ke kmeni rychlostí sedm metrů za vteřinu. Silné ocasní peří a drápy přitom pomáhají ptáku držet rovnováhu na kmeni. Ve chvíli, kdy datel zobákem udeří do dřeva, dochází ke zpomalení hlavy asi dvanáctisetnásobkem gravitační síly (jde o přetížení 1200 g). Při tom všem datel neutrpí ani otřes, ani jakékoli poškození mozku.

Lidský mozek je hodně zranitelný

Právě otřes mozku je přitom častou formou traumatického poranění způsobeného úderem či údery do hlavy, k němuž běžně dochází při kontaktních sportech (fotbal, hokej, box, americký fotbal a podobně).

Demence při hlavičkování? Fotbal čelí hrozbě

Opakované traumatické poškození mozku vede nakonec k progresivní mozkové poruše, zvané chronická traumatická encefalopatie. Jde o globální mozkovou dysfunkci, která je nevratná a projevuje se příznaky, jako je ztráta paměti, deprese, přehnané impulsivní chování, agresivita nebo sebevražedné tendence.

Podle údajů Národní ligy amerického fotbalu dochází u fotbalistů k otřesu mozku už při nárazu vyvolávajícím přetížení 80 g. Jak tedy mohou datlové přežít opakované údery s přetížením až 1200 g, aniž by se jejich mozek jakkoli poškodil?

Tajemství tkví ve struktuře lebky a jazyka

"Pátrali jsme po tom, v čem spočívá klíčové tajemství této schopnosti datlovitých ptáků snášet kladivové údery hlavou. Studovali jsme mikrostrukturu jejich kostí a provedli biochemickou analýzu jejich hlavy. Porovnáním lebek datlů a kuřat jsme zjistili, že datlové se na snášení nárazů adaptovali způsobem, jaký ostatní ptáci nemají - jde o specializované lebeční kosti, krční svaly, zobák a jazylku," uvedl tým McKittrickové v publikované studii. 

Kosti lebek datlovitých ptáků mají podle jeho zjištění odlišné chemické složení i hustotu. Jednou ze změn je například zvýšená akumulace minerálů v kostech, jež jsou díky tomu oproti jiným ptákům tužší a silnější. 

Nevyzpytatelné migrény. Předzvěstí nádoru mohou být i u mladých lidí

Překvapivě je však lebeční kost datlovitých ptáků velmi tenká a obsahuje méně mozkomíšní tekutiny, než lebeční kosti jiných ptáků a zvířat. To by napovídalo tomu, že lebka datlů byla uzpůsobena tak, aby byla pevnější a tvrdší zároveň. (Mozkomíšní tekutina či také likvor je čirá a bezbarvá tělní tekutina, nacházející se mezi lebeční kostí a mozkem, která tento mozek obklopuje, vyživuje a chrání, pozn. red.).

"Věda zkoumající materiály z reálného světa ví, že mezi tvrdostí a houževnatostí existuje obecně vztah něco za něco. Čím je materiál tvrdší, tím bývá křehčí. Nicméně, mít hlavu současně z tvrdého i pevného materiálu snižuje míru dopadu přenášeného přímo na mozek," uvádějí vědci.

Lékař Peter Šóš: Nespavci riskují zdraví, nejhůř jsou na tom perfekcionisti

Další už zmíněnou odlišností hlavy datlovitých ptáků je i menší množství mozkomíšní tekutiny oproti jiným zvířatům. To pomáhá omezit pohyb mozku při klování. "Když uvaříte vajíčko natvrdo, jeho žloutek se třepáním nijak nepoškodí, zatímco u syrového nevařeného vejce v polotekutém stavu ano. Snížené množství tekutiny v mozku datlovitých ptáků funguje podobným způsobem," vysvětluje tým.

Datlové se také od jiných ptáků liší výrazně svým jazykem, jehož jazylka jim pomáhá vytahovat ze stromů hmyz. Neobvyklá jazylka začíná pod zobákem, ovíjí zevnitř lebeční klenbu a je ukotvena v čelní části lebky mezi očima. Tato konfigurace umožňuje jazylce i jazyku působit jako pružina, tlumící fyzickou sílu i související vibrace.

Hypnoterapie je na vzestupu. Díky ní se lidé mohou zbavit fobií i kouření

Kosterní tvrdost a současně pevnost, typická pro kosti datlovitých ptáků, je dána zapouzdřením porézního a houbovitého morku ve vnějším hustém buněčném obalu kompaktní kosti. Jazylka má však coby kost strukturu opačnou: ohebný vnější plášť a tvrdší jádro. Tato konfigurace může absorbovat větší rázy i vibrace a poskytuje větší flexibilitu.

"Naše práce naznačuje, že neobvyklé lebeční kosti a jazylka datlovitých ptáků představují příklad struktur odolných proti nárazu, které jsou nezbytné pro ochranu mozku při klování," uvedli vědci.

Trpí datlové otřesy?

Biologové i neurovědci v současnosti mozky datlovitých ptáků aktivně studují, aby zjistili, zda přece jen nenaleznou patologické důkazy traumatické encefalopatie, případně jiného mozkového poškození, a jak se s nimi organismus datlovitých ptáků vyrovnává.

Vědci objevili lidský mozek starý 2600 let. Již tuší, jak se tkáň mohla dochovat

"Doufáme, že nám tento výzkum odhalí, zda jsou v mozku datlů ve hře ještě nějaké ochranné nebo uzdravovací mechanismy na tkáňové nebo buněčné úrovni, které by nám mohly pomoci diagnostikovat a léčit i poranění lidského mozku," uzavírají vědci.