Golpear el pico contra el tronco de un árbol parecería una actividad que provocaría dolores de cabeza, de mandíbula y graves lesiones en el cuello y el cerebro. Sin embargo, los pájaros carpinteros pueden hacerlo 20 veces por segundo sin sufrir ningún efecto negativo.

Los pájaros carpinteros se encuentran en zonas boscosas de todo el mundo, excepto en Australia. Estos pájaros tienen la inusual habilidad de utilizar sus picos para martillear los troncos de los árboles y hacer agujeros para extraer insectos y savia. Y lo que es más impresionante, lo hacen sin hacerse daño.

Somos científicos de materiales que estudiamos sustancias biológicas como huesos, pieles, plumas y conchas que se encuentran en la naturaleza. Estamos interesados en la estructura ósea del cráneo y la lengua de los pájaros carpinteros, porque pensamos que su inusual anatomía podría ayudar a los investigadores a desarrollar mejores equipos de protección para la cabeza de los seres humanos.

Concusiones en las personas

Los pájaros carpinteros soportan muchos golpes de alto impacto en la cabeza mientras picotean.

Tienen fuertes plumas en la cola y garras que les ayudan a mantener el equilibrio mientras su cabeza se mueve hacia el tronco del árbol a 7 metros (23 pies) por segundo. Luego, cuando su pico golpea, su cabeza se frena a unas 1.200 veces la fuerza de la gravedad (g).

Todo esto ocurre sin que el pájaro carpintero sufra conmociones cerebrales o daños en el cerebro.

Una conmoción cerebral es una forma de lesión cerebral traumática causada por golpes repetidos en la cabeza. Es un hecho común y ocurre con frecuencia durante los deportes de contacto como el fútbol o el hockey.

Las lesiones cerebrales traumáticas repetidas acaban provocando un trastorno cerebral progresivo, la encefalopatía traumática crónica (ETC), que es irreversible y provoca síntomas como pérdida de memoria, depresión, impulsividad, agresividad y comportamiento suicida.

La Liga Nacional de Fútbol dice que las conmociones cerebrales en los jugadores de fútbol americano se producen a partir de 80 g. Entonces, ¿cómo sobreviven los pájaros carpinteros a repetidos impactos de 1.200 g sin dañar su cerebro?

Hemos buscado los secretos clave de la capacidad del pájaro carpintero para tolerar el alto impacto durante el martilleo. Estudiamos las microestructuras de los huesos y luego hicimos un análisis biomecánico en la cabeza.

Estructuras óseas inusuales del cráneo y de la lengua

Al comparar los cráneos de los pájaros carpinteros y de los pollos, descubrimos que los pájaros carpinteros tienen adaptaciones para absorber los impactos que otras aves no tienen. Esto incluye huesos del cráneo especializados, músculos del cuello, picos y huesos de la lengua.

Los huesos del cráneo tienen una composición química y una densidad diferentes. Por ejemplo, una de las adaptaciones estructurales se consigue mediante el aumento de la acumulación de minerales en los huesos para hacerlos más rígidos y fuertes en comparación con otras aves.

Sorprendentemente, el hueso del cráneo es muy fino y hay menos líquido que separa el cerebro del hueso del cráneo que en otras aves y animales. Eso sugeriría que el cráneo está adaptado para ser más duro y resistente al mismo tiempo.

Típicamente, en la ciencia de los materiales del mundo real, hay una compensación general entre la dureza y la tenacidad. Sin embargo, tener materiales duros y resistentes en la cabeza disminuye la cantidad de impacto que se transfiere al cerebro.

Una segunda diferencia es que los pájaros carpinteros tienen menos líquido interno rodeando el cerebro que otros animales grandes. Esto ayuda a limitar el movimiento del cerebro durante el picoteo. La reducida cantidad de fluido tiene un efecto análogo al de la yema de un huevo duro, que no se estropea al sacudirlo, en comparación con la yema de un huevo crudo y sin cocer.

Los pájaros carpinteros también tienen un hueso incrustado en la lengua que les ayuda a extraer insectos de los árboles. La inusual lengua envuelve la parte posterior del cráneo y se ancla en la parte delantera entre los ojos. Esta configuración permite que la lengua y su hueso actúen como un resorte, amortiguando la fuerza física y las vibraciones relacionadas.

Diferentes tipos de hueso

La rigidez y resistencia de un hueso típico del esqueleto se debe a una densa vaina de hueso compacto que encapsula un hueso poroso y esponjoso. Pero el hueso de la lengua del pájaro carpintero tiene la estructura opuesta: una vaina flexible y un hueso central más duro. Esta configuración de adentro hacia afuera proporciona una mejor flexibilidad y puede absorber mayores impactos y vibraciones.

Nuestro trabajo sugiere que los inusuales huesos del cráneo y de la lengua del pájaro carpintero son un ejemplo de estructuras resistentes a los impactos, esenciales para proteger el cerebro del pájaro carpintero durante el comportamiento de picoteo.

Actualmente, los biólogos y neurocientíficos están trabajando activamente en el estudio del cerebro del pájaro carpintero para ver si hay alguna evidencia patológica de lesiones cerebrales – como el CTE en los seres humanos.

Esperamos que esta investigación revele si hay otros mecanismos de protección o curación en juego a nivel de tejidos o células en los cerebros de los pájaros carpinteros que, esperamos, revelen cómo proteger y curar las lesiones cerebrales humanas.

La profesora Joanna McKittrick, una ingeniera pionera en la Universidad de California San Diego y una reconocida experta en ciencia de los materiales, falleció el 15 de noviembre de 2019, poco después de terminar este artículo. Tenía 65 años. Fue una apasionada defensora de las mujeres y los estudiantes subrepresentados en STEM y una mentora reflexiva.

Joanna McKittrick, profesora de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de California en San Diego y Jae-Young Jung, becario posdoctoral de Cirugía Ortopédica de la Universidad de California en San Francisco.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.