שלום מורן,

זאת בהחלט שאלה מעניינת שאפילו קיבלה בעבר הלא רחוק התייחסות "רצינית" מצד אנשי המדע, והחוקרים שבדקו את השאלה זכו אף בפרס האיג-נובל  בשנת 2006 (פרס Ig nobel הוא פרס שמוענק כל שנה, במתכונת פרס הנובל, על מחקרים משעשעים מחד אך למעשה רציניים לחלוטין).


הנקר. תמונה באדיבות ויקיפדיה.

החוקר איאן שוואב (Ivan Schwab) מאוניברסיטת דיוויס בארה"ב ערך את המחקר מדוע נקרים שמקישים על עץ בעוצמה רבה בעזרת המקור בממוצע 12,000 פעם ביום (!!) לא חוטפים זעזוע מוח, היפרדות הרשתית כתוצאה מטראומה או לפחות כאב ראש (לתקציר המחקר).

מחקר קודם שנערך בשנת 1979 ע"י פיליפ מאי (Philip May) מאוניברסיטת לוס-אנג'לס (UCLA) אשר עשה שימוש במצלמה מהירה הראה שעוצמת הפגיעה של המקור בעץ שקולה לבערך 1000 פעם תאוצת המשיכה בכדור הארץ (1000g). בקישור הבא תוכלו לראות את תקציר המאמר. רק לשם המחשה טייסי קרב עומדים בעומסים של 7-8 ג'י ומעל לכך הם מתעלפים. גם אם נתבונן בציפורים אחרות שנתקלות בטעות בחלון זכוכית בשעת מעופן נגלה שחלקן נפצעות פצעים קטלניים ואחרות נופלות לקרקע "המומות" לאחר זעזוע מוח. אם כן מה המיוחד בציפור הנקר המאפשר לו ל לעמוד בעוצמות פגיעה גבוהות כל-כך?

התשובה שמצא איאן שוואב, כמו בהרבה שאלות מהסוג הנ"ל היא שהאבולוציה הובילה להתפתחות של התאמות בנקר המאפשרות לו לעמוד באותם טראומות תכופות.

הסיבה הראשונה היא התאמת המוח לקופסת הגולגולת.- אצל הנקר ההתאמה היא טובה מאוד ויש מגע יחסית הדוק בין המוח לקופסת הגולגולת. פירושו של דבר שלמוח אין הרבה יכולת תנועה בתוך הגולגולת (מדובר על מילימטרים) ולכן גם כמות הנוזל בגולגולת זניחה. כאשר ראש של אדם פוגע במשטח קשה במהירות גבוה הראש נעצר באופן מיידי בעוד המוח בתוך הגולגולת ממשיך לנוע בתוך הנוזל קדימה (בדיוק כמו שאנשים נזרקים קדימה ברכב שעוצר בפתאומיות) ופוגע בקופסת הגולגולת מבפנים. זאת למעשה הטראומה שחווה המוח בזמן פגיעה של הראש במשטח קשה. טראומה שנחסכת מהנקר.

סיבה נוספת היא המוח הפשוט יותר של הנקר בהשוואה לבעלי חיים מפותחים יותר. בבני אדם לדוגמא, פני השטח מפותלים ומורכבים מאוד וזאת על מנת לאפשר לכמה שיותר חומר אפור (תאי העצב עצמם) להיות ארוז בשטח קטן. בנקר לעומת זאת, מעבר לעובדה שיש לו מוח קטן מאוד יחסית, פני השטח של המוח כמעט חלקים - דבר המקטין את הסיכוי לפגיעה במבנים מסוימים. בנוסף חייבים לזכור ש מכיוון שהיכולת הקוגניטיבית של הנקר נמוכה יחסית, סביר להניח שטראומה קטנה שתיפגע בו בצורה קלה מאוד לא תיתן שום אפקט נראה לעין. וזאת בניגוד לאדם, שם כל פגיעה קטנה יכולה לבוא לידי ביטוי מיידי (אם אדם שסובל מזעזוע מוח לא זוכר איך קוראים לו, הרי שהבעיה הזאת "נחסכת" מהנקר מלכתחילה).


פני השטח של המוח האנושי מורכבים ומפותלים. תמונה באדיבות ויקיפדיה

הסיבה האחרונה וכנראה גם הכי חשובה היא הדיוק של הנקר בתנועת הניקור, דיוק היוצר תנועה במישור אחד בלבד ללא תנועות הצידה (כלומר כל הכוח מופעל בתנועה קדימה ללא כל מומנטים בגלל סטייה מסוימת לצדדים).  בניסוי שנערך הם הצליחו לאלף נקר להקיש על מקלדת של מכונת כתיבה. הם ראו שבהתחלה הנקר מקיש מספר פעמים בעוצמה נמוכה (מעין בדיקת השטח וכיוון) ולאחר מכן הוא החל מקיש במלוא העוצמה. כל הנקישות הללו בוצעה בדייקנות מדהימה ללא תזוזה של הראש לצדדים. הדיוק הזה חשוב מאין כמוהו מכיוון שהוא מונע טלטלה של המוח לצדדים וחוסך עומסי גזירה ופיתול על המוח והעצבים היוצאים ממנו. מבנים באופן כללי הרבה יותר חלשים ומועמדים לכשל כאשר העומסים הפועלים עליהם הם עומסים מורכבים כמו עומסי פיתול (אם תחזיקו מוט בשני הידיים ותסובבו כל יד לכיוון שונה הרי שתפעילו על המוט מאמצי פיתול) או עומסי גזירה (אם תיקחו קופסת קרטון ותדחפו את חלקה העליון לכיוון אחד בעוד שאת חלקה התחתון תדחפו לכיוון ההפוך הרי שתפעילו על הקופסא מאמצי גזירה).

לסיום, המחקר אף גילה ששבריר שנייה לפני הפגיעה של המקור בעץ הנקר אף עוצם את עיניו; אך לא ברור אם זהו רפלקס המונע כניסת שבבי עץ לעין.


תמונה באדיבות ויקיפדיה

מאת:
ד"ר מאיר ברק
המחלקה לביולוגיה מבנית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים:
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

6 תגובות

  • ריקי

    מה גבי איילים?

    הרי גם הם מתנגשים ראש בראש במהירות גבוהה, הם לא סובלים מזעזוע מוח?

  • מאיר ברק

    תשובה

    בהחלט יש דיווחים על איילים שנפצעים עקב המלחמות בין זכרים בזמן הייחום אך מדובר על פציעות חיצוניות בגלל הקרניים או שברים בקרניים עצמן. אין ממש עדות לזעזועי מוח באיילים (למרות ששוב, גם אם יש פגיעה רגעית קלה יחסית שהייתה מתגלת באדם, סביר להניח שיהיה יותר קשה לזהות אותה באייל).

    הסיבה שאין ממש פגיעות מוחיות היא שלא הגולגלות מתנגשות אלא הקרניים.
    בניגוד לעברית, באנגלית יש מילה מיוחדת לחומר של קרני איילים וחיות אחרות - antler.
    זהו למעשה חומר הזהה כמעט לעצם וכך הוא גם מוגדר. זאת בניגוד לקרניים אחרות (horn) העשויות מקרטין כמו הציפורניים שלנו.
    ה antler הוא חומר בעל מינרליזציה נמוכה יחסית ולכן הגמישות שלו גבוה יחסית והקשיות שלו (toughness) גבוהה יחסית. toughness מוגדר ככמות האנרגיה שהמבנה יכול לספוג לפני שהוא כושל (נשבר). אם תחפשו בתשובות אחרות במדור העוסקות בביומכאניקה (ניתן לחפש תחת התגית "מכאניקה") תוכלו למצוא מידע נוסף על מושגים אלו.

    לכן קרני האילים מותאמות באופן מופלא למאבקי הכוח הללו. בזמן ההתנגשות הן סופגות את מירב העומס והראש עצמו ניצל.

  • אלון

    יש קצת דמיון לברדלס (צ'יטה)

    או זה רק אני חושב כך
    הדיוק של הנקר בתנועת הניקור
    ביחס לדיוק של הראש של הברדלס שהוא רץ
    אני מנחש שיש עוד דברים דומים.

  • מאיר

    תגובה

    2 הבדלים משמעותיים - המטרה שונה והתוצר הסופי שונה.

    (1). המטרה - במקרה של הנקר המטרה היא דיוק (פגיעה במקום אליו כיוון הנקר) אך גם הימנעות ממונטי כוח שיגרמו לעומסים מיותרים על המוח. במקרה של הברדלס מדובר בהתבייתות על הטרף ושמירת קשר עין מדוייק איתו (כמו טיל מונחה למטרה).
    (2). תוצר סופי - במקרה של הנקר אנו מקבלים תנויה במישור חאד בלבד ובמקרה של הברדלס אנו מקבלים קיבוע של הראש בכל שלושת המישורים (כמובן שלא מדובר על תזוזות קטנות). ניתן לראות זאת בסרטים המורצים בקצב איטי - הגוף של הברדלס נע בצורה מעין גלית בעוד הראש מצוי באותו גובה ולא זז שמאלה או ימינה.

    אך מעבר לאמור לעיל אני בהחלט מסכים שיש דימיון. הדמיון הוא שבשני המקרים מדובר בהתאמה של בעל החיים לסביבה שלו; התאמה שהתקבלה בתהליך ברירה טבעית.

  • גידי

    השפעת הנזק המוחי

    הייתי מנחש שדווקא משום שמוחו של הנקר קטן יותר, כל חלק בו חשוב לא פחות מחלק ממוחו של האדם.

  • מאיר

    תגובה

    זה היה נכון אם מוח של נקר היה זהה במבנה ובפעילות למוח אדם רק קטן בכמה סדרי גודל.
    המציאות היא שונה.

    מוח של ציפור הרבה יותר פשוט ממוח אנושי.
    בדומה לדוגמא שהבאתי בפוסט - פגיעה "קלה" יחסית ונקודתית במוח האנשוי יכולה להוביל למצב בו האדם לא מוסגל לספור. בציפור אין את היכולות הללו כמעט מלכתחילה.
    תפקוד המוח הרבה יותר פשוט ולכן יותר קשה "לקלקל" אותו.
    תחשוב עמה פעמים הלכת למוסך עם האופניים לעומת כמה פעמים הלכת למוסך עם האוטו. באופניים הפשוטות יחסית יש פחות חלקים שיכולים להרס, וגם אם משהו לא קרדינאלי נהרס יש סיכוי סביר שהאופניים יתפקדו גם בלי לתקן אותם.

    לבסוף, באופן כללי, מבנים קטנים הרבה יותר חזקים ממבנים זהים גדולים. הסיבה פשוטה: ככל שהמבנה יותר גדול יש בו יותר מולקולות והסיכוי לפגם במבנה עולה. פגם כזה יהווה נקודת התחלת הכשל (מושגים מעולם המכאניקה). לכן גם במובן הזה למוח קטן יש ייתרון בעמידות לעומסים המופעלים עליו.