Warum Spechte keine Kopfschmerzen kennen
BLOG: Der Nesthocker
Wenn man an Spechte denkt, so assoziiert man sie automatisch mit dem für sie typischen Verhalten auf Holz zu klopfen. Wer noch nie einen Specht in freier Wildbahn gesehen hat, der hat zumindest schon einmal von ihm gehört. Spechte klopfen um Nahrung (Insekten) zu finden, ihr Revier zu markieren, Bruthöhlen anzulegen oder um potentielle Geschlechtspartner anzuziehen. Dieses Verhalten wird je nach Zweck als Meißeln (Zerspanen) bzw. Trommeln (Balzverhalten) bezeichnet. Das Klopfen ist für sie also eine lebenswichtige Tätigkeit, weshalb Spechte auch nur in bewaldeten Gebieten vorkommen. Spechte können bis zu 20 Schläge pro Sekunde ausführen und ein einzelner Schlag entspricht einem Aufprall mit ca. 25km/h Geschwindigkeit. Dabei können Abbremskräfte von bis zu 1.000 g wirksam werden. (Photo: Schwarzspechtmännchen an der Nisthöhle; Wikipedia, Alastair Rae)
Der Helmspecht (Dryocopus pileatus) klopft bis zu 12.000 Mal pro Tag. Der Schädelbau dieser Vögel ist auf diese enormen Belastungen spezialisiert, ansonsten würde ihnen der Kopf schon nach wenigen Minuten gewaltig dröhnen. Eine nun erschienene Studie erklärt genau, wie die Spechte mit diesen Krafteinwirkungen zurechtkommen, ohne sich dabei ernsthafte Schädelverletzungen zuzuziehen. Schon seit den Siebziger Jahren versuchen Ornithologen herauszufinden, warum Spechtvögel trotz dieses kopflastigen Verhaltens keine Kopfschmerzen bekommen.
Bisher war bereits bekannt, dass das Gehirn der Spechte nur besonders wenig Gehirnflüssigkeit (Liquor cerebrospinalis) beinhaltet. So kommt es zu keinen Gehirnerschütterungen, da das Gehirn relativ starr im Schädel sitzt und bei äußerer Krafteinwirkung nicht gegen die Schädeldecke geschleudert wird. Außerdem besitzen Spechte eine stark ausgeprägte Muskulatur um den Schnabel. Kurz vor dem Aufprall werden diese Muskeln angespannt, absorbieren die Energie und dienen dem Specht als Stoßdämpfer. Doch die Wissenschaftler vom Labor für Biomechanik und Mechanobiologie der Universität Beihang konnten noch weitere Schutzmechanismen für den Schädel der Spechte ausfindig machen. Ihre Zungenbeine sind bogenförmig und bestimmte Schädelknochen sind dicker ausgeprägt bzw. weisen eine "schwammige" Struktur auf. (Photo: Helmspecht, Dryocopus pileatus; Wikipedia, Lorax)
Auch diese speziellen Anpassungen wirken federnd und dämpfen die zahlreichen Stöße ab. Im gemeinsamen Zusammenspiel dieser dämpfenden Faktoren liegt der Grund, warum sich die Spechte keine Verletzungen zuziehen. Bisher ging man davon aus, dass die Bewegungsvorgänge beim Klopfen stets linear ablaufen. Diese Vermutung konnte durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen nun widerlegt werden. Lineare Bewegungen lassen sich nur dann beobachten, wenn Spechte auf weiche Oberflächen klopfen. Beim Klopfen auf einen härteren Untergrund wird der Kopf leicht abgewinkelt und es kommt zu einer Drehbewegung, was für den Specht eine Mehrbelastung darstellt. Aufgrund dieser zumindest teilweise falschen Annahme suchten die Forscher nach anderen Gründen und Besonderheiten im Schädelbau, die den Kopf der Spechte vor den enormen Krafteinwirkungen schützen. Die nun gewonnenen Erkenntnisse sollen für die Entwicklung besserer Helme genutzt werden, berichten die Studienautoren.
Die Tatsache, dass die Erforschung von Spechten zu mehr Sicherheit im Sport bzw. im Straßenverkehr führen könnte, erfreut mich nicht nur als Vogelfreund, sondern auch in meiner Eigenschaft als leidenschaftlicher Radfahrer. Ich freue mich schon darauf, wenn der erste Helm mit "Specht-Technologie" auf den Markt kommt, den ich dann auch sicher testen werde.
Kleine Ergänzung 😉
http://www.spektrumdirekt.de/artikel/1063207
Spechtkopf inspiriert Entwicklung von Stoßdämpfern
“Bekommt der Specht Kopfweh, wenn er gegen den Stamm hämmert?” Diese Frage stellen sich wohl viele Menschen, wenn sie sehen, wie der Vogel presslufthammerartig gegen den Stamm hackt. Das Tier leidet nach getaner Holzarbeit jedoch nicht im Geringsten unter Schmerzen, denn sein Hirn ist sehr gut gepolstert – was So Sang-Hee Yoon und Sungmin Park von der University of California in Berkeley nun zu einem extrem stabilen Stoßdämpfer inspiriert hat…
Das heißt also, daß bei uns Menschen das Gehirn recht locker sitzen müßte. Vielleicht liest Helmut Wicht mal vorbei, um das zu klären. Wenn dem so ist, dann müßte das Sprichtwort: “Der hat eine Schraube locker” etwas modifiziert werden. Schließlich hat die Wissenschaft schon längst die Erkenntnis zu Tage befördert, daß das Hirn nicht Angeschraubt ist.
20 Schläge pro Sekunde. Das hätte ich jetzt nicht gedacht. So hoch hört sich die Frequenz gar nicht an, wenn ich im Wald ein Specht höre.
Gehrinflüssigkeit
Ahh, Danke. Sehr interessant. Ein bisschen verwirrt mich der Artikel aber auch:
“einen harten, aber gleichzeitig elastischen Schnabel, ein federndes Zungenbein, einen schwammförmigen Schädelknochen und größere Mengen an Hirnwasser.”
Mehr oder weniger Gehirnflüssigkeit? Würde ja beides irgendwie Sinn ergeben…
@ Huhn @ alle
Keine Ahnung vom Specht.
Aber das Gehirn des Menschen (kann man hier
http://tinyurl.com/yajucng
begucken) sitzt – im Gegensatz zu Knorpel und Knochenfischen und Amphibien – sehr “satt” im Schädel. Abstand zu den Knochen oben, an der Kalotte – wenige Millimeter, teilweise direkt (nur Hirnhaut dazwischen) anliegend.
Dichte-Immersion
Wenn es einem Organismus gelingen würde, die Dichte des Gehirns und die Dichte der blasenfrei einbettenden Gehirnflüssigkeit genau gleich einzustellen, dann würde die Beschleunigung völlig neutralisiert werden.
@ Bednarik – Dichteimmersion
Sorry, ich bin ein physikalischer Volltrottel.
Wenn ich einen wohlgeformten, steifen Pudding (sagen wir mal: in der Form einer Halbkugel, wie man sie aus der Puddingform stürzt) – wenn ich also so einen Puding, der überall gleich dicht ist, gegen eine Wand werfe, dann zerklatscht es ihn doch auch. Homogene Dichte hin oder her.
Je länger ich drüber nachenke, desto weniger verstehe ich Spechte.
@ Huhn
“So hoch hört sich die Frequenz gar nicht an, wenn ich im Wald ein Specht höre.”
20Hz ist doch nicht hoch. Die Mücke fliegt mit 6Khz.
Hallo Helmut Wicht,
ein Kochrezept:
Sie erzeugen einen halbkugelförmigen Pudding.
Sie erzeugen eine Zucker- oder Kochsalzlösung, in der dieser Pudding schwerelos schwebt.
Sie nehmen einen grösseren und verschliessbaren Metallbehälter und geben den Pudding und die Lösung gleicher Dichte blasenfrei hinein.
Nun können sie den Metallbehälter ziemlich weit hinunter fallen lassen, ohne dass dem Pudding irgend etwas passiert.
Das geht erst dann schief, wenn der Metallbehälter zerbricht.
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Der osmotische Druck der Gehirnflüssigkeit muss nicht mit steigender Dichte und Konzentration der gelösten Stoffe ansteigen, wenn diese Stoffe ein hohes Molekulargewicht haben, wie zum Beispiel Ficoll mit 400000 Dalton, Polysaccharide, oder Proteine.
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Eine Frage an die Physiker:
Hilft die Dichteimmersion auch gegen Rotations-Beschleunigungen?
Ein wenig off topic
Gehirne, Pudding, und Raumfahrer:
Um sie hohe Beschleunigungen ertragen zu lassen, könnte man die Raumfahrer in eine isotonische Lösung aus Kochsalz und Ficoll mit der gleichen mittleren Dichte wie der menschliche Körper und mit +37 °C legen.
Nachdem keine Luftblasen vorhanden sein dürfen, muss man die Raumfahrer auf eine Flüssigkeitsatmung umstellen.
Weil das medizinisch angewendete LiquiVent (Perfluorooctylbromid, C8F17 Br) eine Dichte von 1,93 g/ml hat, wäre es für hohe Beschleunigungen weniger gut geeignet als eine isotonische Kochsalzlösung, die in ihrer Dichte dem menschlichen Gewebe näher kommt.
Der geringeren Löslichkeit von Sauerstoff in der isotonischen Kochsalzlösung bei +37 °C im Vergleich zum LiquiVent könnte man dadurch begegnen, dass man den Partialdruck des Sauerstoffs erhöht.
Man darf auch nicht vergessen, die Stirnhöhlen, die Nebenhöhlen, und das Mittelohr mit isotonischer Kochsalzlösung zu füllen, damit diese nicht später unkontrolliert hinein gepresst wird.
Auf diese Weise ausgerüstet, könnte man die Raumfahrer mit einer Gauss-Kanone in den Weltraum schiessen, was wesentlich energiesparender als ein Raketenantrieb wäre, weil dabei die Abstützmasse praktisch keine Energie aufnimmt.