Физика в мире животных: дятел и его «отбойный молоток»


    Источник: audubon.org

    Дятлы (лат. Picidae) — крупное семейство птиц, в которое входит 233 вида. В большинстве случаев дятлы обитают в лесах. Это лазающие древесные птицы, которые летают, хотя и не очень хорошо. Подавляющее большинство представителей семейства отличаются от других птиц необычным долотообразным клювом. С его помощью дятлы долбят кору и сердцевину дерева, стараясь найти основную свою пищу: насекомых и их личинок.

    Свой крепкий клюв дятлы используют не только для добычи пищи, но и для создания гнезд, которые обычно устраивают в дуплах деревьев. Стучат по дереву дятлы и для связи друг с другом. Весной самцы многих видов дятлов барабанят клювом по сухим деревьям. Такие трели, наверное, слышали многие читатели. Тело дятла практически идеально адаптировано к его образу жизни. Благодаря этому дятел может выдерживать значительные нагрузки, которые смертельно опасны для многих других живых организмов.

    Долбление древесины — очень энергозатратное занятие. Для того, чтобы пополнять запасы энергии, дятлам приходится постоянно есть. Например, черный дятел всего за один «прием пищи» может съесть около тысячи муравьев или несколько сотен личинок короедов. Зеленый дятел ест и того больше — за день он съедает около двух тысяч муравьев.

    Дятлов называют санитарами леса, и это, в принципе, правда. Птица, поедая большое количество личинок вредителей деревьев или взрослых насекомых предотвращает неконтролируемое увеличение популяции вредителей.

    Нагрузки, которые выдерживает дятел


    Средняя скорость нанесения ударов дятлом — 20-25 движений за секунду. Общее количество ударов, наносимое дятлом по дереву в день — 8000-12000. Для того, чтобы птица имела возможность выдерживать перегрузки, связанные с долблением деревьев, ее череп и скелет должны быть необычайно крепкими. Если бы по дереву с такой скоростью била любая другая птица, то уже через несколько ударов она бы умерла от перегрузок.



    Измерения показывают, что перегрузки, испытываемые дятлом, достигают 1000 — 1200g. Это гораздо больше, чем могут выдержать организмы других животных, включая человека. Мы не в состоянии выдержать перегрузки больше 80-100 g. Наибольшая (кратковременная) перегрузка автомобиля, при которой человеку удалось выжить — 179,8 g. Парашютисты при раскрытии парашюта испытывают перегрузки вплоть до 10 g. Летчики, выполняющие фигуры высшего пилотажа, получают перегрузки вплоть до 12 g.

    Клюв дятла достаточно прочный для того, чтобы долбить дерево и не ломаться или деформироваться. Кончик клюва большинства видов дятлов похож на зубило. Благодаря этому птицы могут «работать» с самыми твердыми видами древесины. При активном долблении повышается температура головного мозга. Поэтому дятел не может все время долбить, ему приходится делать перерывы, чтобы сбросить температуру.

    У дятла не только прочные череп и клюв. Эта птица оснащена «амортизатором» в виде спинномозговой жидкости, которая подавляет вибрацию. Амортизационная система дятла включает также эластичный клюв, жилистую и пружинистую подъязычную кость (гиоид), а также особую губчатую кость в голове. Гиоид — это скорее хрящ, чем костная ткань. Располагается он не только в глотке, но также заходит в носоглотку, оборачивая череп. Таким образом, черепная коробка птицы представляет собой один из наиболее совершенных природных амортизаторов.



    Смягчает удар не один фактор, а целая их система. Во время долбления дерева клюв движется перпендикулярно поверхности, по которой бьет дятел. Если бы удар наносился не перпендикулярно, а немного под углом, амортизационный механизм птицы не сработал бы, и она могла бы просто погибнуть. Но здесь работает слаженная система мышц, которая позволяет голове и клюву двигаться по прямой линии. При ударе клюва сразу же срабатывают мышцы, оттягивающие череп дятла от места нанесения удара.

    Защищены от удара и глаза птицы. При ударе о дерево на глаз дятла опускается третье веко (мигательная перепонка). Она оберегает глазное яблоко от вибрации, не допуская расслоения сетчатки.

    Еще одна уникальная черта дятла — его длинный язык. У всех птиц язык прикреплен к задней части клюва. А вот у дятла язык выходит из правой ноздри, разделяясь на две половины. Эти две половинки охватывают голову птицы и шеей, выходя через отверстие в клюве. После этого они соединяются. Языком дятлы достают личинок насекомых из глубоких ходов, проделанных в древесине.



    Для того, чтобы разместить в пределах черепа все эти амортизационные приспособления, дятлу пришлось поступиться размером мозга. В процессе эволюции он уменьшился. Причем уменьшение объема мозга не привело к тому, что дятлы стали «глупее». На деле дятлы отличаются высокой организацией поведения. Они обладают сложными территориальными и гнездовыми повадками.

    Но у птиц за «интеллект» отвечают полосатые тельца и слой, который носит название гиперстриатум. Эти части головного мозга небольшие по размеру, так что дятел может обходиться относительно маленьким мозгом.

    Ну а для того, чтобы легко перемещаться по стволам деревьев, дятлы используют Х-образную конструкцию лапок. Два пальца на лапке дятла направлены вперед, а два — назад. У большинства птиц других видов три пальца направлены вперед, а один — назад. Держаться за кору помогают цепкие когти, прочные кости пальцев и сухожилия. Все это обеспечивает надежное сцепление с деревом, и дятел не падает даже во время самой активной «работы».
    Support the author
    Share post

    Comments 62

      +3
      Наблюдал работу большого пестрого дятла на кедре, растущем в паре метров от моего окна. Он крепко упирается в ствол хвостом, как третьей ногой, чтобы не отвалиться при отдаче.
        +4
        Этим летом видел, как дятел долбил дупло в утепленном пенопластом доме, причем пенопласт был оштукатурен и покрашен.
          0
          Год назад знакомый на даче заснял видео на телефон, как дятел лупил по металлическому колпаку фонаря светильника на уличном столбе. Что на него нашло не понятно, может звук звонкий понравился.
          Видел так же статью раньше, о том что дятел поклевал несколько километров оптики пущенной по столбам и связисты потом этот участок перекладывали.
            +1
            Это — дятел с пытливым умом, надежда эволюции.
            Он не довольствуется инстинктом, но ищет новые возможности (и не важно, что в данном случае он ошибся)
          –6
          А еще дятлы поедают моск, google: zombie woodpecker
            0
            Ужас. Не знал, что дятел использует свои способности для убийства других птиц.
              0
              Нашел. Этот Золотой шилоклювый дятел, очищает свою территорию.
              Заголовок спойлера
              В большинстве случаев золотистые дятлы — мирные птицы, но иногда они могут вести себя агрессивно, например, убивать птенцов других птиц, гнездящихся вблизи от них; добивать с другими птицами (воронами) раненых или слабых хищных птиц — соколов и ястребов. Золотой дятел территориален. Защищая партнера или территорию, птицы одного пола становятся агрессивными друг к другу.
              0
              В Поволжье следует опасаться темечкового дятла, жертвами которого становятся пожилые люди, пренебрегающие панамкой. Скорость полета такого дятла — 340 метров в секунду, он наводится на солнечный блик, не боится воплей и всегда доводит дело до конца.
                +2
                Ну уж если цитировать классику, то целиком.
                  0
                  Я почему-то подумал, что классика не нуждается в ссылках, на то она и классика. :)
                    0
                    О! Монументальный труд, а я жил и не знал.
                0
                Дятлов называют санитарами леса, и это, в принципе, правда
                А как они умудряются выдалбливанием наносить деревьям меньше вреда, чем съедаемые ими жучки и муравьи? Ведь долбят явно не в одном и том же месте, да и добыча наверное разбегается.
                Это не для подкола вопрос, правда интересно
                  +1
                  Ну, ежели в дереве уже личинки завелись, то ему недолго осталось вроде как. Однако есть ещё веселее гипотеза — что дятлы специально долбят здоровые деревья, чтобы жукам проще было в них поселиться!
                    +1
                    Захват инопланетянами, колонизация уже началась.
                    +1
                    Я думаю, что дятел долбит там, где древесина уже поражена личинками и трухлявая. Дерево уже потеряло эти ткани.
                      0
                      Как вариант, дятлы сдерживают популяцию вредителей в целом. То есть «заболеет» меньшее количество здоровых деревьев.
                        0
                        Когда занимаюсь обрезкой деревьев часто вижу выдолбленные дятлами отверстия.
                        Насколько могу припомнить, эти отверстия бывают только на сухих ветках/сучьях/участках ствола и никогда на свежих/живых.
                          0
                          Может потому оно и умирает что в нём дятел отверстие продолбил? )
                          +1
                          А они не умудряются. Просто короед размножается по экспоненте и переходит на другие деревья если его никто не ест. Да и сама личинка короеда сьедает за неделю дерева тоже прилично.
                          +3
                          Шикарная статья, интересно, столько вокруг неизведанного, даже, казалось бы в обыденном окружении. Пишите еще, пожалуйста.
                            0
                            Эм, если черепная коробка жестко соединена с клювом, то всё равно вся перегрузка удара ложится на мозг.
                              0
                              Амортизационная система дятла включает также эластичный клюв, жилистую и пружинистую подъязычную кость (гиоид), а также особую губчатую кость в голове. Гиоид — это скорее хрящ, чем костная ткань. Располагается он не только в глотке, но также заходит в носоглотку, оборачивая череп.

                              Так что как бы не совсем жестко.
                                0
                                Мне лично интересно другое — что все же издает звук при ударе, дерево или дятел?
                                  +1
                                  Похоже, что мозг дятла.
                                    0
                                    Мозг дятла тут ни при чём, я думаю. Дело в износившемся сайлент-блоке. Гиоид менять надо.
                                +2
                                Голова дятла движется со скоростью, в два раза превышающей среднюю скорость пули, вылетающей из дула пистолета…

                                простите, но не верю. бред.
                                  0
                                  Да что там верить-то?
                                  Берём максимум из статьи — 25 ударов в секунду (кстати, лукавство. написано «20-25 движений» — это 10-12 ударов?). Амплитуду, ну 1см (т.е. по 1 см отклонения от состояния покоя). Дятлы небольшие, врятли там бОльший ход. Да и точность не нужна — нам бы с порядком цифр определиться.
                                  Итого 25 ударов с амплитудой 2см = 50см в секунду.
                                  Средняя скорость пистолетной пули — 300-350 м/с.
                                  Даже разложив по ускорениям туда-сюда, всё равно разница в 3 порядка там никак не срежется.
                                    +3
                                    Да не, там не сантиметр отклонение, дятел серьёзно откидывается назад перед нанесением удара. И движения неравномерные. На гифку посмотрите же. Большие паузы в крайних положениях и медленный противоход. Ваша модель дятла — перфоратор :), а надо с топором сравнивать или с кайлом.
                                    Но с пулей, конечно, переборщили.
                                      0
                                      Мне кажется там ошибка — 25 ударов в минуту, скорее всего.
                                        0
                                        Простите, а вы дятла вообще видели живого? Чтоб утверждать, что он стучит меньше, чем 2 раза в секунду… Это уж слишком.
                                          0

                                          Видел. Стучит он быстро, но никак не 25 раз за секунду. После нескольких ударов останавливается и делает довольно продолжительные паузы. Поэтому запросто может оказаться около 25 ударов за минуту.

                                            0
                                            давай ещё за всё время жизни дятла экстраполируем и тогда с учётом сна, перелётов и прочих раздумий выйдет, что "дятел не долбит вовсе, а нежно поглаживает ствол с периодичностью 1-2 касания в минуту".
                                        0
                                        взял отсюда код генератора щелчков

                                        обсуждение кода метронома на python, ubuntuforums

                                        Заголовок спойлера
                                        #!usr/bin/env python
                                        # This is a simple metronome coded in Python, my first experience with python
                                        # Any ideas, corrections and comments pleas email-me 
                                        # ricardolameiro at y a h oo dot com (sorry, anti spam here)
                                        #
                                        #
                                        # needs Python module  tkSnack  developed at KTH in Stockholm, Sweden
                                        # free download: snack229-py.zip
                                        # from: http://www.speech.kth.se/snack/
                                        #
                                        # This code is free, for any type of use, except commercial
                                        # I assume a kind of GPL
                                        # 
                                        # copyright (c) Ricardo Lameiro 2008
                                        
                                        import Tkinter
                                        import tkSnack
                                        import time
                                        import sys
                                         
                                        def playNote(freq, duration):
                                            """play a note of freq (hertz) for duration (seconds)"""
                                            snd = tkSnack.Sound()
                                            filt = tkSnack.Filter('generator', freq, 30000, 0.0, 'sine', int(11500*duration))
                                            snd.stop()
                                            snd.play(filter=filt, blocking=1)
                                         
                                        def soundStop():
                                            """stop the sound the hard way"""
                                            try:
                                                root = root.destroy()
                                                filt = None
                                            except:
                                                pass
                                        
                                        #insert Beat per minute routine
                                        
                                        if len(sys.argv) == 1:
                                            ubpm = raw_input('Insert BPM please: ')
                                        else:
                                            ubpm = sys.argv[1]
                                        
                                        #protects for errors, maximum bpm is bpm_limit
                                        
                                        bpm_limit = 600
                                        
                                        Ubpm = int(ubpm)
                                        if Ubpm > bpm_limit:
                                            BPM = bpm_limit
                                        else :
                                            BPM = ubpm
                                        
                                        if BPM == bpm_limit:
                                            print "The maximum BPM is {1}, using {1} BPM" % bpm_limit
                                        else:
                                            pass
                                        
                                        #this transforms the bpm time, into a usable time delay var
                                        
                                        bpm = 60.0 / int(BPM)
                                        
                                        #this subtracts the time used by the sound beep, so the total delays is
                                        # BPM = beeptime + delay
                                        
                                        delay = bpm - 0.1
                                        
                                        root = Tkinter.Tk()
                                        tkSnack.initializeSnack(root)
                                        
                                        tkSnack.audio.play_gain(80)
                                        
                                        #delay routine
                                        
                                        while True:
                                            playNote(880, 0.1)
                                            soundStop()
                                            time.sleep(delay)
                                        
                                        root.withdraw()  
                                        



                                        подправил, подставил, сравнил с тем, что слышал.
                                        Пожалуй, 20-25 движений, т.е. 10-12 ударов в секунду — похоже на правду.
                                        +1
                                        Я нашёл упоминание скорости движения головы дятла в 6 м/с, что совсем чуть-чуть не дотягивает до 2х 300-500 м/с скорости пули.
                                        Интересные звуки наверное были бы, если бы дятел и в самом деле двигал головой со скоростью 2-3 маха.

                                        UPD:
                                        Пока искал, кто-то ответил выше. Теперь и мои 6 м/с выглядят преувеличением.
                                        0
                                        а как он знает, где долбить?
                                          0
                                          Внимательно смотрит на дерево (насекомые же под кору не телепортируются, они дырки прогрызают), стучит на пробу (дерево с полостями внутри отличается от сплошного).
                                            0
                                            Хм. Но ведь дырки могут быть, а насекомых — нет: вывелись из личинки в жука и улетели, например.
                                              +2
                                              Ну, тогда, значит, он дятел и ему не повезло, полетит к следующему дереву. Никто ж не говорит, что еду доставать просто. В конце концов, они питаются не только насекомыми. Найдёт себе орехов, или там фрукт какой-нибудь.
                                                0
                                                Изначально обсуждались не сложности жизни дятла, а соотношение пользы от поедания насекомых с вредом от расколупывания деревьев.
                                            0
                                            Короеда слышно как грызет — летом в деревне в сарае постоянно слышу.
                                            • UFO just landed and posted this here
                                                0
                                                короеда не слышно, эти звуки издаёт «шашель» (Anobium punctatum)
                                              +3
                                              Очень интересно, какой эволюционный путь прошел язык дятла, что бы вылезти из ноздри, зайти за голову и вернуться в рот, по пути раздваиваясь и снова соединяясь.
                                                +2
                                                пять_минут_гуглежа и выясняется, что Маркс гонит пургу (повторяя уже неоднократно повторённые до него ошибки) — http://www.sivatherium.narod.ru/creawork/ryan/woodpeck.htm

                                                ещё впомнил, что Марков спорил на эту же тему с одним религиознутым (на основе данных полученных от профессора-орнитолога)
                                                Пример с дятлом и вправду удивительный. Способность долбить – это еще не так интересно. Многие птицы неплохо долбят, не только дятлы. Простая ворона, если ее разозлить, может так врезать клювом по темени – мало не покажется. Знаю одного человека, который после такого эпизода в больницу попал. (долбительные способности птиц отражены в народном фольклоре и воспеты Пушкиным в «Сказке о золотом петушке». Вспомните трагическую гибель царя Додона). Таким образом, способности дятла не на пустом месте возникли (имелись преадаптации). Что касается амортизаторов – это тоже не на пустом месте. Во первых, у птиц распространен т.н. «кинетизм надклювья», во вторых, у всех позвоночных череп – не монолит, а состоит из многих костей, котрые в раннем возрасте не сросшиеся, разделены упругими хрящами, и только у взрослых особей, причем не у всех, эти кости срастаются в цельную черепную корбку. Так что были предпосылки и для развития амортизаторов.
                                                Но вот язык, прикрепленный к правой ноздре – это и впрямь удивительно! Пришлось у профессоров консультироваться. Оказывается, у всех птиц от заднего края языка отходят «гиальные рожки» – хрящевые тяжи, помещающиеся в соединительнотканных чехлах, в которых они могут свободно скользить вперед-назад. У большинства птиц концы этих чехлов помещаются в глотке. У дятлов (не у всех, у некоторых – ведь дятлов более 200 видов!) в связи с удлинением языка задние концы этих чехлов стали удлиняться назад, но, поскольку они не могли лезть глубоко в глотку (это помешало бы глотанию и дыханию), они прошли под кожей на наружную поверхность нижней челюсти и продолжили удлиняться, постепенно огибая череп. У некоторых дятлов концы этих чехлов расположены на затылке, у других – на темени, и, наконец, у некоторых они действительно, обогнув весь череп, заканчиваются в правой ноздре. Потрясающая адаптация, но, как видите, и тут есть переходные формы, так что случай с точки зрения трансформизма не безнадежный.


                                                А уж про скорость пули переврали почти все журналажники. Не «скорость пули», а скорость выпускания этих пуль пулемётом. И вроде все знают фразу типа «дятел стучит, как из пулемёта», но нет, опять про скорость пули…
                                                0
                                                Не раз видел и слышал как дятел долбил металлическую опору высоковольтной линии, 250кВ, если не ошибаюсь.
                                                Звук был гораздо громче и звонче, чем по дереву. Я так понимаю, это было для общения, но… Одно дело дерево, а другое металл!
                                                  0
                                                  Как-то на протяжении 2 дней, сидя на работе, слушал через открытое окно, как дятел колотится об тонкую металлическую трубу, выходящую из бетонного фонарного столба с характерными лязгом и эхом.
                                                  «Дятлы, сэр!»
                                                  • UFO just landed and posted this here
                                                  0
                                                  Но ведь наверное было бы рациональнее сделать необитаемую башню, по аналогии с танком, то есть перенести функции головного мозга в спинной, ставив в черепе только глаза, чем растить все эти хрящи-амортизаторы и язык через ноздрю?
                                                    +3
                                                    Эволюция так не работает. После выхода на сушу рациональнее было бы выкинуть существующее и разработать орган зрения с нуля, чем смачивать глаза выделениями слёзных желёз.
                                                      0
                                                      Не, не. Растить новый орган накладно, я говорю о существующих.
                                                      0
                                                      я просто оставлю это здесь)
                                                      Вы неправильно пишете животных
                                                        0
                                                        Расстояние между глазами и мозгом должно быть минимальным.
                                                          0
                                                          Предположу что расстояние от глаза до мозга у слона больше длинны целого дятла.
                                                          А почему оно должно быть минимальным?
                                                            0
                                                            Одна из самых информационно нагруженных «шин» нашего организма. Много информации передавать далеко сложнее чем близко.
                                                        +1
                                                        Интересно как проходила эволюция в дятла? Как можно было догадаться — долбить дерево головой чтобы добыть еду? Которая и так ползает кругом.
                                                          +1
                                                          Решили занять нишу заранее. Ведущие эволюционные аналитики посчитали, что через N миллионов лет будет массовый тренд на долбление деревьев.
                                                            0
                                                            Стратегия голубого океана, все дела :)
                                                            0
                                                            За теми, кто открыто ползает охотится немало конкурентов. И эта добыча еще и нехило маскируется или защищена, яды там всякие
                                                            0
                                                            Поскольку всегда существовала обширная экологическая ниша с кормовой базой в виде богатых легкоусваяемым белком личинок насекомых, обитающих в стволах растений, то не заполнить ее такими добытчиками как дятлы природа просто не могла, ввиду ее нетерпения к пустоте. Кстати, не припомню, кто еще профессионально пользует эту «кормушку», разве что мадагаскарская руконожка ай-ай.
                                                            • UFO just landed and posted this here
                                                                0
                                                                http://www.sivatherium.narod.ru/creawork/ryan/woodpeck.htm Здесь можно прочесть об разнообразии конструкций языка у различных родственников обычного дятла.
                                                                0
                                                                https://www.youtube.com/watch?v=qN7mQqcxkvQ

                                                                Only users with full accounts can post comments. Log in, please.