Начнём с клюва. Верхняя его часть называется надклювье, а нижняя — подклювье. У всех птиц надклювье и подклювье состоят из челюстных костей, покрытых роговым чехлом, или рамфотекой. Рамфотека мягче кости, и когда дятлы работают клювом, она самозатачивается. Кроме того, у дятлов есть особенность в устройстве костей клюва и их рогового чехла. Костная часть верхней половинки клюва чуть-чуть короче костной части нижней половинки, а роговой чехол надклювья чуть длиннее спереди и сзади рогового чехла подклювья.
Теперь представим, что происходит в клюве, когда дятел бьёт по дереву. Относительно мягкая и эластичная роговая часть гасит удар, но не полностью. Те вибрации, которые не поглотились в роговой части клюва, идут дальше и встречают твёрдую его часть. При этом часть ударной силы, которая распространяется по надклювью, уходит в подклювье. Из мягкой и вязкой среды вверху часть удара уходит вниз, в более плотную часть подклювья, потому что в плотной среде ударным вибрациям проще распространяться и потому, что именно нижняя плотная часть встречает удар раньше, чем верхняя. Несовпадение в размерах костной и роговой частей обеих половинок позволяет перераспределить удар так, чтобы из подклювья ударная сила уходила из головы в тело, не затрагивая череп. То есть клюв сначала смягчает удар, а потом отводит его от мозга.
Но так удаётся обезвредить не весь удар: надклювье немного длиннее подклювья и испытывает большее давление при ударе. Какая-то часть ударных вибраций всё-таки идёт по надклювью к черепу. И тут на их пути встаёт подъязычная кость, или гиоид. Подъязычная кость есть и у человека, располагается она, как легко догадаться, под языком и служит для него опорой. Кроме того к ней крепятся мышцы глотки и некоторые мышцы шеи. У дятлов подъязычная кость очень увеличена и затейлива по строению: начинаясь под языком, она разделяется сзади на два отростка, которые тянутся слева и справа, огибают трахею и позвоночник, идут через весь затылок, через темя и лоб, огибают сверху глаза и соединяются в ноздрях. Передняя часть гиоида у дятлов тоже очень сильно удлинена — это такой костно-хрящевой штырь, идущий внутри языка.
В поисках корма дятлы в прямом смысле работают языком, обшаривая им отверстия и полости в древесине. Тонкий, сильный, длинный (у некоторых видов он в несколько раз длиннее клюва), липкий от слюны, усеянный шипиками язык помогает дятлам доставать насекомых из их убежищ. Чтобы язык был одновременно очень длинным, очень сильным и чтобы его можно было при желании высунуть достаточно далеко, дятлам нужна именно такая странная подъязычная кость. Она не только очень большая, но ещё и очень гибкая: выталкивая язык из клюва, отростки подъязычной кости сближаются, чтобы язык высунулся как можно дальше, а в расслабленном состоянии они расходятся, помогая языку спрятаться. Для такой работы нужна надёжная точка опоры, поэтому подъязычная кость огибает череп и крепится в носу.
Гиоид не только помогает дятлам работать языком. Наверняка кто-то уже догадался, что длинная подъязычная кость, огибающая череп, смягчает удар, который распространяется от кончика клюва по надклювью. То есть подъязычная кость — это что-то вроде пояса безопасности: ударная сила идёт по подъязычной кости вокруг черепа к языку, не касаясь мозга. Играет роль и сама структура подъязычной кости. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что по сравнению с обычными костями она как бы вывернута наизнанку. Если в обычных костях сердцевина менее плотная, чем внешний слой, то у подъязычной кости дятлов, наоборот, внешний слой менее плотный и более эластичный, чем сердцевина. Поэтому в целом подъязычная кость у дятлов более гибкая, она не ломается, когда птицы орудуют своим мощным и сильным языком, и лучше поглощает ударные вибрации.
Однако и после подъязычной кости остаётся какая-то ударная сила, которая идёт к черепу. И тут в дело вступает следующая линия защиты — собственно кости черепа. Их строение можно представить как своеобразный бутерброд, в котором между двумя внешними слоями плотного костного вещества лежит менее плотная «начинка». Если посмотреть, как выглядит эта «начинка» у какой-нибудь другой птицы, то мы увидим множество костных разветвлённых мостиков, соединяющих оба внешних слоя «бутерброда». У дятла же пространство между слоями плотного вещества в костях черепа заполнено пластинами, которые лежат более или менее параллельно внешним плотным слоям и накладываются друг на друга (хотя и вертикальные перемычки тоже есть). Если уж совсем сильно упростить, то можно представить себе два бутерброда: в одном сыр, колбаса или что-нибудь ещё, как и полагается, лежат между слоями хлеба, а в другом сыр с колбасой стоят вертикально. Вот первый бутерброд и будет похож на кости черепа дятла. Именно такой костный «бутерброд» лучше поглощает ударную волну: благодаря пластинкам внутри кости ударные вибрации рассеиваются в стороны и слабеют.
Биомеханические исследования говорят о том, что у дятлов главную роль в противоударной защите играют устройство клюва, который отводит силу удара от мозга, и подъязычная кость с костями черепа, которые смягчают и рассеивают ударные вибрации. Только вместе, а не по отдельности, они эффективно защищают мозг от повреждений. Но дятлы перестраховались: у них есть ещё пара анатомических особенностей, защищающих от сотрясения мозга. Как у всех птиц и зверей, мозг дятлов не прилегает вплотную к костям черепа — между ним и черепом остаётся небольшое пространство, заполненное особой жидкостью. От сильного удара мозг начинает «болтаться» в этой жидкости, стукаясь о череп изнутри. Чем больше пространство, тем сильнее удар. У дятлов это пространство меньше, чем у других птиц, и на самом мозге у них меньше выпуклостей, так что если какие-то остатки ударной волны доходят до мозга, они его не травмируют.
