Trái ngược với niềm tin phổ biến, chim gõ kiến không sở hữu "bộ giảm xóc" tự nhiên trong đầu.

Khi tìm kiếm thức ăn, khoét lỗ làm tổ hoặc gõ để thu hút bạn đời và xác nhận lãnh thổ, chim gõ kiến thường đập vào cây với tốc độ lên đến 20 km/giờ.

Trong lúc gõ, chúng có thể đạt tần số lên đến 30 lần mỗi giây. Tốc độ giảm tốc nhanh như vậy vượt xa ngưỡng gây chấn thương ở con người. Nhiều câu chuyện, bài viết, triển lãm ở sở thú và các chương trình giáo dục đã lan truyền ý tưởng rằng hộp sọ của chim gõ kiến có cấu trúc giảm xóc để bảo vệ não khỏi tổn thương khi va chạm ở tốc độ cao.

Những người yêu thích loài chim này có thể cảm thấy yên tâm với ý tưởng rằng các sóng xung kích từ mỏ truyền đến não được giảm nhẹ. Trong thập kỷ qua, với sự tiến bộ trong công nghệ quét CT, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một cấu trúc xương xốp ở phần trước não của chim gõ kiến. Phát hiện này dường như ủng hộ giả thuyết rằng cấu trúc này hấp thụ chấn động trước khi lực tác động đến não.

Khu vực xốp này, gồm các thanh và tấm xương liên kết với nhau, được cho là nén lại khi va chạm, giúp giảm lực tác động lên não. Giả thuyết này thậm chí còn truyền cảm hứng cho việc thiết kế các vật liệu giảm chấn và mũ bảo hiểm mới. Tuy nhiên, giả thuyết này chưa được kiểm chứng đầy đủ, và một số nhà khoa học từ lâu đã đặt câu hỏi về tính chính xác của nó.

Vào những năm 1970, bác sĩ tâm thần Philip May và bác sĩ nhãn khoa Ivan Schwab đã nghiên cứu các cơ chế giúp chim gõ kiến chịu được các cú va đập liên tục, và họ đã nhận được giải Ig Nobel vào năm 2006 cho công trình này. Tuy nhiên, trong bài báo đăng trên tạp chí The Lancet năm 1976, họ đã đặt câu hỏi liệu sự hấp thụ chấn động của hộp sọ có thực sự góp phần vào khả năng chịu đựng của chim hay không.

Họ lập luận rằng nếu mỏ hấp thụ hầu hết lực tác động, chim có thể cần đập mạnh hơn để đạt được hiệu quả mong muốn. Nếu một con chim cần tăng tốc đầu về phía trước để tạo ra đủ năng lượng động lực cho các cú đập mạnh, nhưng lại mất một phần năng lượng đó vì "bộ giảm xóc" tích hợp, thì cơ chế này có thể là bất lợi về mặt tiến hóa.

Hai năm trước, một nhóm nghiên cứu quốc tế đã nghiên cứu ba loài chim gõ kiến để kiểm chứng xem liệu có tồn tại hiệu ứng giảm chấn giữa mỏ và não hay không. Các video quay chậm đã ghi lại hành vi gõ cây của những con chim này tại bốn vườn thú ở châu Âu, tập trung vào loài gõ kiến đen và gõ kiến lớn.

Tại Canada, hai con gõ kiến đen Bắc Mỹ được quan sát trong phòng thí nghiệm. Sử dụng phân tích khung hình video, các nhà nghiên cứu theo dõi các điểm đánh dấu trên đầu chim và tính toán mức độ giảm tốc cực đại khi va đập, sử dụng phương pháp tương tự như trong thử nghiệm va chạm ô tô.

Các điểm đánh dấu bao gồm hai điểm trên mỏ và một điểm trên mắt, giả định rằng chúng di chuyển đồng bộ với phần trước của hộp sọ. Trong một số trường hợp, một điểm đánh dấu màu trắng nhỏ được dán lên da trên hộp sọ, như minh họa trong các hình ảnh đi kèm. Hơn 100 sự kiện gõ được phân tích, so sánh các đường cong giảm tốc của mỏ và hộp sọ.

Dữ liệu liên tục cho thấy không có sự giảm tốc nào ở hộp sọ so với mỏ, chứng tỏ không có hiệu ứng giảm chấn từ các cấu trúc xốp hoặc cơ chế nào khác. Đầu của chim gõ kiến hoạt động giống như một chiếc búa rắn chắc hơn là một bộ giảm xóc.

Mô hình sinh cơ học càng khẳng định rằng bất kỳ sự giảm chấn nào trong hộp sọ sẽ làm giảm hiệu quả của mỏ khi xuyên vào gỗ. Dù có thể có sự hấp thụ chấn động tối thiểu bên trong, nó vẫn lãng phí năng lượng. Nếu một con chim có thể đập ít mạnh hơn mà vẫn đạt được kết quả tương tự, điều này sẽ tiết kiệm năng lượng hơn. Do đó, việc tối thiểu hóa sự giảm chấn trong hộp sọ là một kết quả tiến hóa thích nghi đối với các loài chim phụ thuộc vào hành vi mổ.

Chim gõ kiến ​​tránh bị thương như thế nào

Nếu hộp sọ không có cơ chế giảm chấn, làm thế nào chim gõ kiến bảo vệ não của chúng? Dữ liệu cho thấy chim gõ kiến chịu được lực giảm tốc lên đến 400 g (gia tốc trọng trường), vượt xa ngưỡng chấn thương ở người là 135 g.

Vào năm 2006, nhà nghiên cứu Lorna Gibson tại MIT lưu ý rằng chìa khóa nằm ở kích thước nhỏ của chim gõ kiến. Khối lượng não nhỏ hơn làm giảm áp lực mà não phải chịu khi giảm tốc. Thời gian va chạm cực ngắn càng giúp chúng tăng cường khả năng chịu lực.

Ngoài ra, vị trí chính xác của não bên trong hộp sọ cũng giúp giảm căng thẳng khi va đập. Áp lực mà não phải chịu phụ thuộc vào tốc độ giảm tốc, mật độ mô não và chiều dài não (hoặc tỷ lệ thể tích trên diện tích bề mặt). Ở chim gõ kiến, chiều dài não dọc theo hướng va chạm chỉ bằng khoảng 1/7 so với con người. Do đó, ngưỡng chấn động của chim gõ kiến cao gấp khoảng bảy lần, lên đến 1.000 g.

Điều này có nghĩa là ngay cả những va chạm mạnh nhất được ghi nhận, khoảng 400 g, cũng nằm trong giới hạn an toàn. Biên độ an toàn lớn này đảm bảo chim gõ kiến tránh được tổn thương não ngay cả khi vô tình đập vào bề mặt cứng hơn gỗ. Hơn nữa, mối liên hệ giữa áp lực não và chiều dài não giải thích tại sao không có loài chim gõ kiến khổng lồ nào tồn tại để có thể khoét lỗ sâu hơn các loài hiện nay.

Phá bỏ quan niệm sai lầm

Niềm tin phổ biến về "bộ giảm xóc" của chim gõ kiến là một ví dụ điển hình về cách những giả thuyết khoa học chưa được kiểm chứng có thể lan truyền rộng rãi. Sự tò mò của công chúng về cơ chế bảo vệ đầu và sự đưa tin rộng rãi của truyền thông có thể đã góp phần duy trì quan niệm sai lầm này.

Bằng cách cung cấp bằng chứng sinh cơ học, nghiên cứu này nhằm thay đổi góc nhìn về cách chim gõ kiến thực sự tránh bị thương.