Lampar um bico contra o tronco de uma árvore pareceria uma actividade que causaria dores de cabeça, dores na mandíbula e graves lesões no pescoço e no cérebro. No entanto os pica-paus podem fazer isto 20 vezes por segundo e não sofrem efeitos nocivos.

Os pica-paus são encontrados em áreas florestadas em todo o mundo, excepto na Austrália. Estas aves têm a habilidade incomum de usar seus bicos para martelar nos troncos das árvores para fazer buracos para extrair insetos e seiva. Mais impressionante ainda, eles fazem isso sem se machucar.

Somos cientistas de materiais que estudam substâncias biológicas como ossos, peles, penas e conchas encontradas na natureza. Estamos interessados na estrutura óssea do crânio e da língua dos pica-paus, porque pensamos que a sua anatomia incomum poderia produzir conhecimentos que poderiam ajudar os pesquisadores a desenvolver melhores equipamentos de proteção da cabeça para os humanos.

Concussões nas pessoas

Os pica-paus suportam muitos choques de alto impacto na cabeça enquanto bicam.

Têm penas e garras da cauda fortes que os ajudam a manter o equilíbrio à medida que a cabeça se move em direção ao tronco da árvore a 7 metros (23 pés) por segundo. Então, quando o seu bico bate, a sua cabeça abranda cerca de 1.200 vezes a força da gravidade (g).

Tudo isto ocorre sem que o pica-pau sofra concussões ou danos cerebrais.

Uma concussão é uma forma de lesão cerebral traumática causada por golpes repetidos na cabeça. É uma ocorrência comum e ocorre freqüentemente durante esportes de contato como futebol ou hóquei.

Um traumatismo crânio-encefálico repetido eventualmente causa um distúrbio cerebral progressivo, encefalopatia traumática crônica (TCE), que é irreversível e resulta em sintomas como perda de memória, depressão, impulsividade, agressividade e comportamento suicida.

A Liga Nacional de Futebol diz que as concussões nos jogadores de futebol ocorrem aos 80 g. Então como é que os pica-paus sobrevivem a impactos repetidos de 1.200 g sem prejudicar o seu cérebro?

Procurámos os segredos chave da capacidade do pica-pau de tolerar o impacto elevado durante a martelada. Estudamos as microestruturas dos ossos e depois fizemos uma análise biomecânica na cabeça.

Estruturas ósseas do crânio e da língua incomuns

Comparando os crânios dos pica-paus e das galinhas, descobrimos que os pica-paus têm adaptações absorventes ao impacto que outras aves não têm. Isto inclui ossos especializados do crânio, músculos do pescoço, bicos e ossos da língua.

Os ossos do crânio têm uma composição química e densidade diferentes. Por exemplo, uma adaptação estrutural é conseguida através do aumento do acúmulo de minerais nos ossos para torná-los mais rígidos e fortes em comparação com outras aves.

Surpreendentemente, o osso do crânio é muito fino e há menos fluido que separa o cérebro do osso do crânio do que em outras aves e animais. Isso sugere que o crânio está adaptado para ser mais duro e resistente ao mesmo tempo.

Tipicamente na ciência dos materiais do mundo real, há um trade-off geral entre dureza e tenacidade. No entanto, ter tanto materiais duros como resistentes na cabeça diminui a quantidade de impacto transferida para o cérebro.

Um segundo diferente é que os pica-paus têm menos fluido interno ao redor do cérebro do que outros grandes animais. Isto ajuda a limitar o movimento do cérebro durante a bicada. A quantidade reduzida de fluido tem um efeito análogo à gema de um ovo cozido, que não se danifica ao tremer, em comparação com a gema de um ovo cru, não cozido.

Os pica-paus também têm um osso embutido na língua que ajuda a extrair os insectos das árvores. A língua invulgar envolve a parte de trás do crânio e ancora na parte da frente entre os olhos. Esta configuração permite que a língua e o seu osso actuem como uma mola, amortecendo a força física e as vibrações relacionadas.

Diferentes tipos de osso

A rigidez e força de um osso esquelético típico deve-se a uma bainha densa de osso compacto que encapsulava um osso esponjoso poroso. Mas o osso da língua do pica-pau tem a estrutura oposta: uma bainha flexível e um osso de núcleo mais duro. Esta configuração inside-out proporciona melhor flexibilidade e pode absorver maiores impactos e vibrações.

Nosso trabalho sugere que os ossos invulgares do pica-pau e da língua são um exemplo de estruturas resistentes ao impacto, essenciais para proteger o cérebro do pica-pau durante o comportamento da bicada.

Atualmente, biólogos e neurocientistas estão trabalhando ativamente no estudo do cérebro do pica-pau para ver se há alguma evidência patológica de lesões cerebrais – como o CTE em humanos.

Esperamos que esta pesquisa revele se existem outros mecanismos de protecção ou cura em jogo ao nível dos tecidos ou células no cérebro do pica-pau que irão, esperamos, revelar como proteger e curar lesões cerebrais humanas.

Professora Joanna McKittrick, uma engenheira pioneira na Universidade da Califórnia em San Diego e uma renomada especialista em ciência dos materiais, faleceu a 15 de Novembro de 2019, pouco depois de completar esta peça. Ela tinha 65 anos. Ela era uma apaixonada por mulheres e estudantes subrepresentadas na STEM e uma mentora atenciosa.

Joanna McKittrick, Professora de Engenharia Mecânica e Aeroespacial, Universidade da Califórnia San Diego e Jae-Young Jung, Pós-Doutoranda em Cirurgia Ortopédica, Universidade da Califórnia, São Francisco.

Este artigo é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.