在橄榄球运动中,擒抱动作的冲击力足以诱发脑震荡,但是,啄木鸟“啄击”树木一次的力量是这种冲击力的 10 倍,然而鸟儿们的大脑似乎完全不受影响。这启发了一些运动装备公司,他们模拟在鸟身上进行头盔和护颈试验。
图丨啄木鸟头部透视图,并未发现大脑损伤
不过,科学家也发现,啄木鸟可能无法避免所有头部创伤。一项新的研究表明,一种被认为是人类脑损伤标志的蛋白质异常积聚,也会在啄木鸟脑中发生。那么,一个有趣的问题就出现:保护啄木鸟脑部免受损伤的是不是这种新发现的蛋白质“缠结”?
啄木鸟不会有脑震荡的观点可以追溯到 1976 年,当时一项鸟类脑部的开创性研究显示,啄木鸟脑部没有任何损伤的证据。波士顿大学的神经生物学家 George Farah 表示,这项研究激发了一系列关于“啄木鸟生物力学”及“啄木鸟冲击力的耐受适应(进化)”的论文的诞生。但是,由于之前研究使用了过时的染色方法来揭示脑部的损伤,他和同事们决定用 21 世纪的技术来重做这项研究。
图 | 绒啄木鸟的头部积聚了 Tau 蛋白质,这种蛋白质在有脑部创伤的橄榄球运动员脑中也能发现。
他们向几个博物馆索求了啄木鸟标本,并研究它们的大脑。他们最终拿到了 6 只绒啄木鸟,一只黄腹啄木鸟,一只北扑翅鴷,一只淡嘴啄木鸟和一只细纹黑啄木鸟。为了比较,他们还选择了 5 只没有“用头撞树”习惯的红翅黑鹂。
研究人员将这些大脑进行切片后,将其染色,以检测像 Tau 蛋白质这样的潜在致病性沉积物,它们可能导致慢性创伤性脑病(CTE)和其他神经退行性疾病(包括阿尔茨海默症)。10 只啄木鸟中有 8 只脑部存在沉积物,但是所有的红翅黑鹂脑部都没有沉积物。更重要的是,这些物质都位于大脑的前方,也就是 Tau 蛋白质在慢性创伤性脑病中出现的部位。
为了弄清沉积物究竟是不是 Tau 蛋白质,研究人员用 Tau 蛋白质特异性抗体染色了所有 10 只啄木鸟的大脑。研究小组在学术期刊 PLOS ONE 上发表研究结果,该方法对 7 只啄木鸟大脑没有效果,但是在剩下的 3 个大脑测试中,两个测试都是阳性的。这震惊了波士顿大学的神经病理学家 Peter Cummings,他说:“就像从事这类研究和运动装备领域的每个人一样,我原以为啄木鸟脑中没有 Tau 蛋白质积聚。”
但这并不意味着啄木鸟脑部受伤了。宾夕法尼亚大学神经创伤研究员 Douglas Smith 表示,“不是所有的脑内 Tau 蛋白质都会导致 CTE。”事实上,一些 Tau 蛋白质是有益的,因为这种存于细胞内部的蛋白质有助于稳定神经元,并保持其形状结构完整。但是头部创伤可以使 Tau 蛋白质发生位移,从而形成阻塞大脑的沉积物。
芝加哥菲尔德自然博物馆的进化生物学家 Shannon Hackett 表示,我们还不清楚在鸟类开始表现异常之前,啄木鸟脑中会积累多少 Tau 蛋白质。Cummings 表示,还需要做更多的研究来确定啄木鸟头脑中的 Tau 蛋白质是不是为了解决头部创伤进化而来,或者它们是否有办法解决多余的 Tau 蛋白质积聚。他指出,啄木鸟在啄木时要承受 1200 Gs 的冲击力,即重力的 1200 倍,它们的颈部肌肉和颅骨结构可以保护它们抵抗这样冲击力。“为什么这些适应(进化)会停留在脑部呢?”
对啄木鸟的研究或许可以解释其他“用头撞击”的动物是如何保护自己免受脑部创伤的,也许还可以启发科学家用新的方法来保护“脆弱”的橄榄球运动员。