3'30" 읽기
- 일반적인 가설,딱따구리는 두개골이 자전거나 오토바이 헬멧과 유사한 방식으로 충격 흡수
- 믿음과는 달리 딱따구리의 두개골에는 내장된 "헬멧"이 없다.
- 작은 뇌와 작은 뇌척수액의 조합은 "안전 헬멧"이 없어도 망치질로 인한 해로운 영향으로부터 새를 보호

충격 흡수 장치가 없는 딱따구리 망치
새로운 분석, 딱따구리가 충격을 흡수하는 두개골을 가지고 있다는 신화 반박

딱따구리는 망치질을 할 때 어떻게 뇌를 보호할까? 일반적인 믿음에 따르면 새의 두개골에는 타격의 힘을 완화시키는 일종의 충격 흡수 장치가 있다. 새로운 분석은 이것을 반박한다. 연구는 딱따구리의 머리가 뻣뻣하고 완전히 감쇠되지 않은 망치처럼 기능한다는 것을 보여준다. 이것은 새가 나무를 두드릴 수 있는 충분한 힘을 얻을 수 있는 유일한 방법이다. 그럼에도 불구하고 연구자들이 Current Biology 저널에 실린 것처럼 뇌진탕의 위험은 없다. 

▲ 이 큰 딱따구리는 어떻게 망치질로 인한 뇌진탕을 피할까?

딱따구리의 망치질은 전설적이다. 이 새들은 머리와 부리를 나무줄기에 두드리고 머리와 부리로 먹이를 찾거나 나무에 구멍을 내거나 암컷에게 깊은 인상을 남긴다. 딱따구리는 어떻게 하루에 1만2천 번이 넘는 타격을 가하면서도 뇌진탕을 겪지 않고 버틸 수 있을까? 일반적인 믿음에 따르면 딱따구리는 두개골이 자전거나 오토바이 헬멧과 유사한 특별한 방식으로 충격을 흡수하기 때문에 이러한 위험을 피한다.

"동물원에서 딱따구리를 촬영하는 동안 저는 부모들이 딱따구리의 머리에 충격 흡수 장치가 내장되어 있기 때문에 두통을 느끼지 않는다는 부모의 설명을 계속 들었다"라고 앤트워프 대학의 Sam Van Wassenbergh가 말했다.

▲ 연구 개요도(출처: 관련논문 Woodpeckers minimize cranial absorption of shocks)

안전모 가설 검증

그러한 충격 흡수 장치의 가능한 후보 중 하나는 두개골 앞 부분의 다공성 뼈였다. 부리와 턱의 특수 근육도 감쇠 효과에 기여할 수 있다고 믿어진다. 유일한 문제는 이 감쇠는 또한 나무에 가해지는 충격의 힘을 감소시켜 나무를 치는 목적을 무효화한다. Van Wassenbergh와 그의 동료들은 "부리가 자신의 운동량을 너무 많이 흡수했다면 불쌍한 새는 더 세게 망치질해야 할 것이다"라고 설명했다.

그렇다면 실제로 망치질 딱따구리의 머리에서 무슨 일이 일어나고 있을까?
연구원들은 이것을 다시 확인했다. 이를 위해 그들은 먼저 3종의 서로 다른 딱따구리 6마리의 고속 비디오를 평가했다. 타격 시 머리의 여러 부분에 작용하는 가속 및 감속 효과를 측정할 수 있도록 그들은 새의 부리, 눈 뒤 두개골 영역 및 크라운에 컬러 측정 지점을 그렸다.

▲ 부리 뒤의 다공성 뼈 영역(녹색)이 망치질을 할 때 충격을 흡수하는 역할을 할까? © 위: Erica Ortlieb & Robert Shadwick/ 브리티시 컬럼비아 대학교; 아래: Christine Böhmer/University of Kiel and Anick Abourachid/Museum National D'Histoire Naturelle

망치처럼 단단하고 흔들림이 없다.

고속 분석 결과 "부리와 눈 영역 사이의 두개골 영역은 모든 테스트 새에서 뻣뻣하게 반응했으며 갑작스러운 충격에 대한 반응은 다르지 않았다"고 연구원들은 보고했다. 새 두개골의 모든 부분이 같은 속도로 느려졌고 완충 효과로 인해 발생해야 하는 지연이 없었다. Van Wassenbergh는 "이는 충격 흡수가 최소화되었거나 없었음을 나타낸다“고 말했다.

과학자들은 또한 보완적인 생체 역학 모델 시뮬레이션을 통해 충격 흡수 장치의 부족을 확인할 수 있었다. 일반적인 믿음과는 달리 딱따구리의 두개골에는 내장된 "헬멧"이 없다. 대신 그는 망치처럼 뻣뻣하다. 모델은 또한 충격 흡수 장치가 딱따구리에게 너무 많은 에너지를 빼앗아 나무를 거의 관통하지 않는다는 것을 확인했다. "이러한 이유로 충격 흡수 장치가 있는 딱따구리는 없는 경우보다 더 많은 에너지로 망치질을 해야 한다"라고 연구자들은 설명했다.

그러나 새들은 더 큰 힘으로 나무를 치게 되면 충격 흡수 장치의 감쇠 효과를 보상하여 나무를 파괴할 수 있다. 과학자들은 "뇌 보호 측면에서 새는 충격을 완화하는 데 도움이 되지 않을 것"이라고 말했다.

▲ 그림 1. Dryocopus martius의 두개골 충격을 흡수하는 것으로 가정되는 두개골 정면 영역의 잘 발달된 해면골 영역은 두개골 오른쪽의 이 내측 보기에서 녹색으로 강조 표시된다(CT 스캔에서 3D 재구성). 정면 뼈를 통한 단면이 그림의 상단 중앙에 표시된다. 스케일 바, 20mm. (출처: Woodpeckers minimize cranial absorption of shocks)

높은 가속에도 손상 없음

딱따구리는 어떻게 뇌진탕을 예방할까? 새의 뇌가 답을 제공한다. 새의 뇌는 우리보다 훨씬 작고 가볍기 때문에 시뮬레이션에서 볼 수 있듯이 망치로 두드려도 두개골 내부를 세게 치지 않는다. 인간의 경우 뇌는 100KPa(킬로파스칼)이면 뇌진탕 문턱에서 충격으로 뼈를 때린다.

Van Wassenbergh와 그의 팀은 "세 가지 딱따구리 종의 가장 강력한 영향에도 불구하고 그들의 두뇌는 이 압력의 39~60%만 경험했다"라고 보고했다. 딱따구리는 망치질을 할 때 여전히 안전한 범위 내에서 잘 작동하고 있다. "새가 뇌진탕을 겪으려면 나무줄기를 두 배 더 빨리 치거나 표면을 4배 더 세게 때려야 한다"라고 설명했다.

▲ 그림 4 인간과 딱따구리의 관성하중으로 인한 두개내압 비교. 계산된 뇌강 표면 압력은 (A) 뇌진탕 임계값 감속에서 성인 인간과 (B) 눈의 측정된 피크 감속에서 세 딱따구리 종에 대해 표시된다. 최대 쿠데타(상단 그래프) 및 후속 공격(하단 그래프) 압력은 추정치로서 발생 압력에 대한 뇌진탕 임계 압력의 비율에 해당하는 척도(오른쪽 축)를 포함해 개별 히트(구체)의 압력이 (C)에 표시된다. 뇌 부하 안전 계수. 스케일 바, 50mm. (출처: 관련논문 Woodpeckers minimize cranial absorption of shocks)

신화를 반박

과학자들에 따르면 이것은 딱따구리의 머리에 충격 흡수 장치의 신화를 분명히 반박한다. 작은 뇌와 작은 뇌척수액의 조합은 "안전 헬멧"이 없어도 망치질로 인한 해로운 영향으로부터 새를 보호한다. 결과는 또한 딱따구리가 특정 최대 크기에만 도달할 수 있는 이유를 설명할 수 있다. 머리와 뇌가 더 크면 뇌진탕의 위험이 있었다.
(Current Biology, 2022; doi: 10.1016/j.cub.2022.05.052)
출처: Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]