Redoble de tambor

El tamborileo de los pájaros carpinteros siempre ha despertado la curiosidad tanto de los observadores de aves como de los científicos. A simple vista, resulta sorprendente que un ave pueda golpear repetidamente su pico contra un tronco rígido sin sufrir daño alguno. Durante esa brusca maniobra, la cabeza experimenta una desaceleración súbita que, en teoría, debería provocar una colisión del encéfalo contra la región anterior del cráneo. No obstante, estos impactos no generan daño cerebral observable gracias a un conjunto de adaptaciones anatómicas y funcionales altamente especializadas. En este artículo veremos cómo cada martilleo de un pájaro carpintero es una proeza biomecánica segura.

Imagen generada por IA Gemini

La fuerza que mide la aceleración o desaceleración de un cuerpo se conoce como Fuerza g, siendo su unidad 1g = 9.81 m/s², que corresponde a la fuerza de gravedad terrestre. En realidad no es una fuerza en sí misma, sino una forma de medir aceleraciones repentinas como frenar o acelerar en un vehículo, simulando un "peso" adicional que puede variar desde su valor mínimo 0 g (ingravidez). Por ejemplo, un piloto de un avión caza soporta aceleraciones cercanas a 8-9 g con una equipación especial. Se sabe que fuerzas 60-100 g pueden provocar una conmoción cerebral en un ser humano. Golpe a golpe, los pájaros carpinteros soportan aceleraciones extremas que superan los 1.000 g sin perder precisión ni dañarse.

Este tamborileo rítmico no solo es usado para buscar comida sino como una señal acústica para señalizar territorio y atraer parejas. Tanto machos como hembras participan en este comportamiento único. Cada especie tiene una cadencia y un ritmo de tambor característico, lo que ofrece posibles pistas de identificación. Estudios comparativos entre poblaciones distantes de la misma especie han demostrado que la cadencia es tan fija que probablemente no existan "dialectos" locales como los que se observan en el canto de los paseriformes.

(Dryocopus pileatus) tomado de www.youtube.com/@nyahmusic

Estas aves pertenecen a la familia Picidae, distribuidas por todo el mundo excepto en Australia, Nueva Guinea, Nueva Zelanda, Madagascar y las regiones polares extremas. La mayoría de las especies viven en bosques o hábitats boscosos, con alguna excepción  como el pájaro carpintero de Gila (Melanerpes uropygialis), que habita en zonas áridas desarboladas y se ha especializado en la explotación de cactus. La familia agrupa unas 240 especies organizadas en 35 géneros. Una característica morfológica común es la posesión de patas zigodáctilas, con cuatro dedos orientados por pares hacia delante y hacia atrás. Esta disposición les asegura un buen agarre cuando se desplazan  verticalmente por los troncos de los árboles. Además, las plumas de la cola de casi todos los pájaros carpinteros son rígidas, de forma que cuando el ave se posa en una superficie vertical, la cola y las patas forman un potente eje de sujeción.

Pájaro carpintero de Gila (Melanerpes uropygialis)

Los pájaros carpinteros están dotados con picos fuertes, aptos para perforar la madera. Constan de tres capas: una vaina externa llamada ranfoteca , hecha de escamas de queratina, una capa interna de hueso y fibras de colágeno mineralizadas, y una zona intermedia de hueso poroso. Además, poseen una de las adaptaciones anatómicas más sorprendentes del mundo de las aves y clave para su forma de alimentarse: el hueso hioides. En realidad es un conjunto de pequeños huesos y cartílagos que sostienen la lengua y permiten su movimiento. En la mayoría de las aves es relativamente corto, pero en los carpinteros está muy modificado. El hioides nace en la base del pico, se divide en dos ramas que pasan por debajo de la mandíbula, rodean toda la parte posterior del cráneo, suben por la parte superior y, en algunas especies, llegan hasta las fosas nasales.

Gracias a este hueso tan desarrollado, la lengua puede proyectarse muy lejos para extraer insectos y larvas xilófagas, principal base de su alimentación. Su punta tiene espinas o ganchos retrógrados y está impregnada de secreciones pegajosas que atrapan las presas.

Hasta no hace mucho, los ornitólogos sostenían que la forma y la composición de los cráneos de los pájaros carpinteros, incluyendo un voluminoso hueso frontal esponjoso, habían evolucionado para amortiguar el impacto e impedir conmociones cerebrales. Este efecto amortiguador sirvió de inspiración para el diseño de los cascos de los ciclistas. Pero una investigación publicada en 2022 demostró que los pájaros carpinteros no se sirven solo de esta protección anatómica.

La hipótesis del hueso esponjoso craneal como amortiguador planteó desde el principio una paradoja incómoda. Cualquier absorción o disipación de energía cinética de la cabeza por el cráneo debería rebajar la potencia de golpeo del ave y, en consecuencia, sería penalizada por la selección natural.

Dendrodopos major (izquierda); Dryocopus martius (centro); Dryocopus pileatus (derecha)

En el estudio citado, los investigadores cuantificaron la desaceleración del impacto durante el picoteo en tres especies de carpinteros: el pico picapinos (Dendrocopos major), el picamaderos negro (Dryocopus martius) y el picamaderos norteamericano (Dryocopus pileatus). Utilizaron cámaras de alta velocidad para filmar el movimiento en diferentes puntos de la cabeza con el fin de ver cómo se movían unos con respecto a los otros. En el vídeo de abajo se pueden ver fragmentos seleccionados de las filmaciones.

Los resultados de los modelos biomecánicos demostraron que el esqueleto craneal de las tres especies se usa más como un martillo rígido para mejorar el impacto que como un sistema de absorción del golpe para proteger el cerebro. Si los cráneos de las aves absorbieran el impacto, el cerebro se desaceleraría más lentamente que el pico, pero las filmaciones demostraron que el efecto de rebote sobre el pico y el cerebro son prácticamente sincrónicos. Esto parecía confirmar que la cabeza actúa más como un martillo que como un amortiguador. Los modelos biomecánicos también comprobaron que los carpinteros necesitarían golpear la madera el doble de rápido para conmocionarse.

Las simulaciones numéricas del efecto del tamaño y la forma de la cavidad craneal sobre la presión interna demuestran que los cerebros de los pájaros carpinteros no sufren porque están por debajo del umbral de conmociones cerebrales conocido en cerebros de primates, incluido el ser humano. Hay que recordar que el cerebro de un pájaro carpintero es unas 700 veces más pequeño que el de un humano y debido a ese tamaño, no soporta el tipo de daño que una persona sufriría por impactos similares. 

Cráneo de Dryocopus martius. La zona de hueso esponjoso de la región frontal está resaltada en verde. En la parte superior central de la figura se muestra una sección transversal de los huesos frontales. Modificado de https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.05.052 .

Casi toda la energía generada en el martilleo (el 99,7%) se almacena en forma de energía de tensión, que se distribuye por todo el cuerpo del ave, y solo una pequeña fracción restante va al cerebro. El tamborileo también provoca que el cráneo del pájaro carpintero se caliente, lo que en parte explica por qué a menudo picotea en ráfagas cortas con breves descansos entre ellas, dando tiempo a la cabeza para enfriarse. Durante el milisegundo antes del contacto con la madera, se cierra una membrana nictitante engrosada que protege el ojo de las pequeñas astillas que salen volando. Estas membranas también evitan que la retina se desgarre. Sus fosas nasales también están protegidas; a menudo tienen forma de hendidura y están cubiertas por plumas especiales.

Otra investigación muy reciente (noviembre de 2025) desvela que estos pájaros coordinan de forma milimétrica sus músculos y su respiración en el momento del golpeo. Sus autores han demostrado que sincronizan cada golpe con una exhalación activa, una especie de gruñido o resoplo que recuerda al de los deportistas cuando levantan pesas o dan un raquetazo a la bola de tenis. Esa respiración forzada, acompañada por la contracción de los músculos abdominales y del tronco, estabiliza el cuerpo y maximiza la fuerza transmitida al árbol (ver dibujo inferior).

Los investigadores recurrieron a una técnica compleja, la electromiografía, que registra la actividad eléctrica de los músculos, combinada con sensores de presión en los sacos aéreos y con minúsculos medidores de flujo de aire en la tráquea. Los sacos aéreos de las aves son unas estructuras que funcionan como fuelles para mover el aire a través de sus pulmones, permitiendo un flujo de aire unidireccional y continuo.

Patrones de activación muscular durante un golpeo suave. (A) Músculos esqueléticos implicados en el estudio y (B) curvas electromiográficas asociadas recogidas durante los golpeos. El sombreado gris refleja el tiempo medio de protracción de la cabeza, mientras que el sombreado azul refleja el tiempo medio de retracción (ambos movimientos medidos en segundos y relativos al tiempo de impacto indicado por una línea discontinua negra). Journal of Experimental Biology. Noviembre 2025

El experimento se realizó con ocho ejemplares de pico pubescente (Dryobates pubescens), unos carpinteros norteamericanos muy comunes. Tras un periodo de adaptación en el laboratorio, los científicos implantaron microelectrodos en músculos del cuello, la cabeza, el abdomen, las patas y la cola, además de una cánula de silicona para medir los cambios de presión respiratoria. Las aves, ya recuperadas, pudieron golpear libremente una pieza de madera mientras eran filmadas con cámaras de alta velocidad.

Pico pubescente (Dryobates pubescens)

Si analizamos con detalle los movimientos que realiza una persona al usar un martillo observamos que su hombro y codo proporcionan la potencia bruta, mientras que la muñeca actúa como una articulación distal que modula la velocidad y la precisión del golpe en el punto de impacto. El mango del martillo, en esencia, funciona como un brazo de palanca rígido para amplificar la energía cinética, lo que requiere cierta rigidez muscular, especialmente en la muñeca, para evitar la pérdida de energía en el impacto.

En los pájaros carpinteros, también el martilleo requiere de un conjunto de acciones coordinadas. Por una parte, los músculos del cuello y la cabeza se tensan justo antes del impacto y  endurecen la palanca que une el pico con el cuerpo. Además, los flexores de la cadera impulsan la cabeza hacia delante y los músculos de la cola actúan como un punto de apoyo contra el tronco. Así pues, si hacemos una analogía de un martillo con el cuerpo de un pájaro carpintero, la cabeza funciona como la maza, el cuello como el mango rígido y las patas y la cola como el anclaje que absorbe el retroceso.

Aunque los huesos esponjosos del cráneo y la flexibilidad del pico han perdido el protagonismo que en su momento de les dio como únicos protectores frente a desaceleraciones súbitas, siguen siendo una importante fuente de inspiración biomimética como las cajas negras de los aviones o los ya citados cascos protectores de ciclistas. También están siendo empleados en la investigación de nuevos materiales de construcción. 

Los materiales BISH (acrónimo del inglés Bio-inspired Honeycomb Sandwich) imitan estructuras biológicas como la geometría hexagonal regular de los panales de abejas o la estructura interna del pico de un pájaro carpintero con el fin de conseguir paneles extremadamente ligeros, rígidos y con gran capacidad de absorción de energía. 

En el dibujo superior vemos un ejemplo de una estructura BISH. La viga consta de cuatro capas. La capa superior está formada por plástico reforzado con fibra de carbono (PRFC). Constituye la primera línea de defensa de alta resistencia. La segunda capa, de caucho, actúa como núcleo I, capaz de disipar la energía del impacto. La tercera capa, el núcleo de panal de aluminio (Núcleo II), suprime cualquier impacto posterior. Finalmente, otra capa de PRFC actua como revestimiento inferior para la viga sándwich y completa el conjunto. Tomado de Failure mode maps of bio-inspired sandwich beams under repeated lowvelocity impact. S.H. Abo Sabaha et al. Science Direct.

Estas estructuras, al combinar dos caras delgadas y rígidas con un núcleo grueso y ligero en forma de panal, consiguen una máxima resistencia con el mínimo material. Como son muy ligeros pero extremadamente fuertes, son ideales para aplicaciones con limitaciones de peso. Además, son muy eficaces para disipar energía en impactos, superando a los diseños convencionales, especialmente cuando las paredes del panal tienen formas onduladas.

En 1917,  el biólogo y matemático escocés D'Arcy W. Thompson  escribió un libro titulado “On Growth and Form” (Sobre el crecimiento y la forma), considerado hoy como una de las obras maestras de la literatura científica. A diferencia de sus contemporáneos, que se centraban casi exclusivamente en la selección natural y la herencia, Thompson propuso una visión revolucionaria: la biología debe entenderse a través de la física y las matemáticas. En su opinión, dado que la evolución actúa sobre estructuras ya condicionadas por la física, la naturaleza no solo debe entenderse como un proceso histórico de supervivencia, sino como una exhibición magistral de física y geometría en acción. Hoy hemos visto un buen ejemplo de ello.

José Antonio López Isarría