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Por que o Pica-Pau não sofre danos na cabeça e fica com o bico agarrado no tronco das árvores?


- Atualizado no dia 26 de junho de 2022 - 

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            Bastante populares, especialmente devido ao famoso desenho animado 'Pica-Pau', as aves da família Picidae, esta a qual engloba 30 gêneros e 200 espécies conhecidas, são encontradas no mundo inteiro, exceto na Austrália, Nova Guinea, Nova Zelândia, Madagascar e nas regiões dos extremos polos. Com a maioria das espécies habitando áreas com alta densidade de árvores, os pica-paus são muito conhecidos pelo seu hábito peculiar de alimentação: dão fortes bicadas no tronco das árvores, em alta velocidade e frequência, para abrir um buraco no mesmo e enfiar suas longas línguas em busca de insetos e outros invertebrados. E a pergunta que não se cala: como diabos eles não ficam com fortes dores de cabeça ou desenvolvem lesões cerebrais?

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            Os Pica-Paus variam bastante em suas medidas corporais, com alguns sendo tão pequenos quanto 7 cm de comprimento e 7 g de massa, e com outros alcançando os 50 cm de comprimento e mais de 500 g de massa. Suas cores e aspectos físicos gerais também variam muito, e isso se estende para a sua dieta, onde apesar de grande parte fazer honra ao nome e se alimentarem basicamente de invertebrados diversos vivendo dentro do tronco de árvores - às vezes também seiva -, especialmente larvas, a dieta, em geral, é bem variada, incluindo pequenos roedores, formigas, lagartos, frutas, sementes, ovos, etc. Suas "brocas" em forma de bico não é usada somente para abrir troncos de árvores para caçar alimento, mas também para a feitura de ninhos e até mesmo para a comunicação em forma de "tambor". De qualquer forma, todas as espécies de pica-pau possuem uma característica atrelada às suas brocas: são super resistentes a danos cerebrais. No vídeo abaixo, podemos ver um Pica-Pau-de-Crista (Hylatomus pileatus) em atividade.

             


   IMUNES A CONCUSSÕES?

           Entre os humanos, as lesões na cabeça são uma das principais causas de morbidez e morte tanto em países industrializados quanto em países em desenvolvimento. É estimado que os danos cerebrais correspondem por 15% dos fardos de fatalidades e deficiências físicas, e são a principal causa de mortes entre jovens adultos. Esses danos cerebrais podem ser causados por um impacto (acidentes automobilísticos, esportes, etc.) ou uma súbita mudança na velocidade linear e/ou angular da cabeça (acidentes envolvendo altas velocidades, como os automobilísticos). De acordo com a Consórcio Europeu de Lesões Cerebrais (EBIC), cerca de 51% das lesões na cabeça têm relação com batidas de automóveis ou acidentes de esporte. Porém, os pica-paus demonstram super resistência a danos relacionados à cabeça vindos desses fatores de impacto e velocidade, em situações onde humanos já teriam se machucado seriamente.

               A prevenção de danos cerebrais, e também oculares, nos pica-paus tem sido um intrigante problema biomecânico há bastante tempo. Diversos estudos sobre o tema já foram publicados ao longo dos anos tentando explicar quais os fatores de proteção envolvidos por trás dessa habilidade. Para você ter a noção da violência de impacto que essas aves produzem, suas bicadas nas árvores chegam a ultrapassar a frequência de 20 Hz (20 bicadas por segundo!) com velocidades acima de 7 m/s, e sob desacelerações que podem superar os 1200 G (1G = aceleração da gravidade na superfície da Terra, ou seja, próximo de 10 m/s2), resultando em bicadas com cerca de 50 milissegundos cada uma. E tudo isso em um total médio de 12 mil bicadas em troncos de árvores por dia! Porém, mesmo sob essas condições de impacto, os pica-paus não sofrem nem mesmo de dor de cabeça. Humanos, com a cabeça sob aceleração de 60 a 100 G já podem sofrer uma concussão, por exemplo. Existem dois principais fatores que podem ajudar a esclarecer esse mistério, segundo os trabalhos científicos até agora:

1. A estrutura anatômica única da cabeça do pica-pau, em termos tanto de micro quanto de macro análise, podendo ser citado:

a) Seu sólido, robusto e afiado bico;

b) Uma longa língua sustentada por um distinto osso hióide envolto por tecido muscular, o qual se origina do dorso da maxila, atravessa a narina direita, se divide em duas partes entre os olhos, com estes dividendos, então, arqueando acima da porção superior do crânio e ao redor do occipício, passando por cada lado do pescoço, vindo para frente através da mandíbula inferior, e se unindo novamente abaixo da testa;  
         
c) Estreito espaço subdural e pouco fluído  cerebroespinhal;

d) Cérebro relativamente pequeno e macio, especialmente orientado para permitir o maior contato superficial possível com o crânio (maior distribuição da força de impacto por área);

2. A trajetória linear das bicadas no plano sagital (em forma de seta) já foi sugerida em ser contra forças rotacionais como mecanismo de proteção, onde acelerações rotacionais, ao invés de translacionais, induzem à concussão (danos cerebrais);

            Hoje, o consenso científico foca mais na estrutura craniana do pica-pau como principal fator de proteção. Apesar de experimentos mais recentes mostrarem que, de fato, a trajetória no plano sagital no momento da colisão, quando essas aves aumentam o ritmo de bicadas, é linear, componentes rotacionais também surgem nos planos coronal e horizontal. Isso mostra que existe também uma grande resistência às forças rotacionais, algo que coloca dúvidas na teoria centrípeta da trajetória linear como grande fator de proteção (Ref.2). Apesar disso, o pica-pau, ao variar bastante os caminhos de bicada, movendo mais seus bicos ao redor, acaba minimizando os danos cerebrais em áreas específicas.

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           Nesse sentido, a morfologia especial da cabeça do pica-pau mostra-se como um sofisticado sistema de absorção de impacto. O longo osso hióide ao redor do crânio se comporta como um cinto de segurança, principalmente depois do impacto, onde sua estrutura geral é bastante otimizada para a dissipação de energia mecânica. Já o crânio, em geral, se mostra mais flexível, devido a presença de ossos especiais achatados, esponjosos e irregulares, também ajudando a minimizar os danos de impacto. E, como última característica de maior importância, temos os bicos. O bico do pica-pau é mais longo na parte superior do que na inferior, com esta última possuindo uma maior força óssea. E, somando-se a isso, esse animal é uma das únicas aves onde o bico não é ligado diretamente no crânio, sendo ambos separados por uma cartilagem esponjosa e flexível (como um verdadeiro absorvedor de choque). As peculiaridades estruturais no mesmo reduzem os danos de impacto sendo transmitidos para a cabeça, e ainda protegem o bico de fraturas.


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           Basicamente, a cabeça do pica-pau se mostra como um poderoso capacete de proteção para o cérebro. Por causa disso, várias pesquisas tentam entender nos mínimos detalhes sua estrutura para poderem usar tais conhecimentos na construção de reais capacetes otimizados para uma melhor proteção à cabeça das pessoas, entre outros aparatos de proteção e absorção de impacto. Em 2014, por exemplo, o designer industrial, Anirudha Surabhi, criou um capacete para bicicleta, apelidado de Kranium, baseado em características de proteção da cabeça do pica-pau, e o qual se mostrou bastante eficiente em absorver impactos (Ref.8).
          
         Por outro lado, é relevante mencionar que um estudo publicado em 2018 na PLOS ONE (Ref.9) mostrou que o cérebro do pica-pau - no caso, da espécie Sphyrapicus varius - apresenta sinais de acúmulo excessivo de proteína tau, algo que, nos humanos, é associado com danos cerebrais. Porém, ainda é incerto se esse acúmulo de tau realmente traduz-se como um indicativo de danos no cérebro nesse tipo de ave, ou se estão ligados às bicadas. Até o momento, apenas um estudo, publicado em 1976, tinha feito uma averiguação histológica do cérebro desses pássaros na busca por neurotraumas. O resultado do estudo de décadas atrás não tinha encontrado nenhum sinal de dano e, desde então, tinha sido referenciado por mais de 100 artigos científicos nos anos seguintes.


   MARTELA MAS NÃO PREGA

          Considerando o afiado bico dos pica-paus e a força com que batem no tronco das árvores, seria esperado que ficassem sempre agarrados na madeira como pregos martelados. Pelo contrário, essas aves realizam repetidas e rápidas bicadas com facilidade, removendo o bico do tronco sem muitos problemas. Um estudo publicado recentemente no periódico Journal of Experimental Biology (Ref.10) resolveu investigar essa habilidade em dois pica-paus da espécie Dryocopus martius, usando análise cinemática de registros em vídeo de alta velocidade.   

          Eles encontraram que essas aves se libertam do tronco após a bicada primeiro deslizando a parte superior do bico ~1,4 mm para trás, enquanto levantando a parte final da cabeça em ~1 mm para abrir uma leve lacuna entre as partes inferior e superior do bico - isso tudo enquanto o bico permanece preso no tronco. Então, a cabeça se move levemente para frente enquanto as partes inferior e superior do bico se movem para cima, fechando a lacuna criada enquanto a parte inferior do bico desliza para trás, permitindo a retirada de todo o bico da madeira. Toda essa manobra - a qual pode ser observada no vídeo abaixo - dura cerca de 0,05 segundos, e permite a realização de três bicadas por segundo. 

IMAGEM: 

          Segundo os autores do estudo, essa manobra parece ser possível pela baixa resistência friccional entre as superfícies inferior e superior do bico, constituídas de queratina, à medida que deslizam uma sobre a outra. O achado também explica por que os pica-paus não possuem o bico rigidamente anexado ao crânio, algo que tornaria mais eficiente os movimentos de alto impacto: a flexibilidade nas articulações entre o crânio e o bico permitem a realização da manobra. Mas mesmo com a manobra, os pesquisadores encontraram que os dois pica-paus analisados ficavam com o bico preso cerca de 36% do tempo de bicadas.
 

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REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. www.birds.cornell.edu/wp_about/biology.html
  2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3202538/
  3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25902356
  4. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11427-013-4523-z
  5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27000554
  6. https://askabiologist.asu.edu/plosable/woodpeckers
  7. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27780157
  8. http://www.bbc.com/future/story/20130115-woodpecker-inspires-bike-helmet
  9. http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0191526
  10. Wassenbergh et al. (2022). Cranial kinesis facilitates quick retraction of stuck woodpecker beaks. Journal of Experimental Biology 225, jeb243787. https://doi.org/10.1242/jeb.243787
  11. https://journals.biologists.com/jeb/article/225/5/jeb244092/274556/Stuck-woodpeckers-walk-their-beaks-free-for