Птахи сплять під час польоту товариства Макса Планка
Птахи-фрегати сплять у польоті подібним чином, як на суші, але значно менше
Вперше вдалося дослідити, як і як птахи можуть спати в польоті. Міжнародна група дослідників, очолювана Нільсом Раттенборгом з Інституту орнітології імені Макса Планка в Севізені, виявила за допомогою вимірювань мозкової активності птахів-фрегатів, що вони сплять одночасно обома половинами мозку або лише однією половиною під час польоту. Хоча всі режими сну трапляються і під час сну на суші, тварини дрімають у повітрі лише три чверті години на день. З іншого боку, вони сплять більше дванадцяти годин на суші. Як птахи, здається, без проблем адаптують свої показники до цього недосипання, досі залишається загадкою.
Птахи-фрегати досягають розмаху крил понад два метри. Вони чудові летчики і можуть долати сотні кілометрів на день.
Деякі моряки, співочі птахи, пісочниці та морські птахи літають без зупинок протягом декількох днів, тижнів або навіть місяців, коли перетинають землю. Загальноприйнято вважати, що птахам потрібно спати в польоті, оскільки недосип впливає на фізіологічні процеси в організмі. Але як спати, не впавши з неба або не зіткнувшись з раптово з’являються перешкодами?
Напівспаний або прокинувся в польоті?
Однією з можливостей було б спати лише з однією півкулею мозку, як виявив у качок Нільс Раттенборг: Хоча вони, як правило, сплять з обома півкулями мозку, тварини на краю групи тримають відкрите зовнішнє око. Відповідна половина мозку не спала, а половина, підключена до закритого ока, спить. Дельфіни також можуть плавати, сплячи половину мозку. Ось чому раніше дослідники припускали, що птахи також покладаються на цей тип автопілота в польоті для навігації та підтримки аеродинамічного контролю.
Але також можливо, що птахи знайшли спосіб обдурити свій сон: Раттенборг та його колеги спостерігали, що птахи в основному утримуються від сну протягом усього сезону розмноження. Ви дозволяєте собі лише короткий глибокий сон від декількох секунд до хвилин і час від часу. Тривалі польоти не обов'язково повинні бути свідченням сну в польоті, тварини також могли зменшити або навіть припинити свою потребу в сні в польоті. Без прямого вимірювання стану мозку сон у польоті - це чиста спекуляція.
Вимірювальні прилади визначали мозкові хвилі та рухи голови
Щоб розгадати загадку, Нільс Раттенборг об’єднався з Олексієм Висоціком з Цюріхського університету та ETH Цюріха. Він розробив невеликий реєстратор даних, який може вимірювати зміни в мозковій діяльності за допомогою електроенцефалограм і рухів голови. Таким чином, вченим вдалося відрізнити неспання від фаз сну, виявлених у спокої птахів: повільно-хвильовий сон (SWS) та швидкий рух очей (REM).
У співпраці з Національним парком Галапагос і Себастіаном Крус, дослідником морських птахів з Еквадору, вчені зосередили увагу на птахах-фрегатах, які розмножуються на Галапагоських островах. Цей великий вид морських птахів безперервно літає над океаном тижнями, переслідуючи літаючих риб і кальмарів, яких виганяють на поверхню хижі риби або кити. Дослідники прикріпили мобільні вимірювальні прилади до голів самок тварин на деякий час, перш ніж вони вирушили у мисливські польоти довжиною до 3000 кілометрів, які тривали до десяти днів. На додаток до мозкових хвиль в обох половинах мозку, реєстратори даних також реєстрували рухи голови, а GPS-пристрій на спині тварин реєстрував висоту та їх положення.
Після того, як птахи повернулися на сушу і деякий час одужали, їх спіймали та вивезли лісоруби. Брайсон Вуарін, науковий співробітник і другий провідний автор дослідження, каже: "Як і багато тварин на Галапагоських островах, птахи-фрегати надзвичайно довіряли і навіть спали, коли я їх зловив вдруге".
Оцінка показала, що птахи-фрегати сплять у польоті по-різному. Протягом дня птахи не спали, щоб активно шукати джерела їжі. З настанням ночі мозкові хвилі формували повільно-хвильовий режим сну, який тривав кілька хвилин, поки птахи ковзали. Дивно, але повільно-хвильовий сон відбувався не лише в одній половині мозку, а у всьому мозку. Тож, мабуть, не потрібно тримати половину мозку не сплячим для аеродинамічного контролю. Незважаючи на це, порівняно з сушею, лише частина мозку частіше спить у польоті.
Оцінюючи дані руху, вчені знайшли пояснення однополусферного сну: коли птахи використовують піднімаються повітряні потоки круговими рухами, половина мозку, пов’язана з оком, яке дивиться в напрямку польоту, як правило, не будить. Натомість півкуля мозку, що належить зовнішньому оку, спала, тому птахи, мабуть, бачили, куди вони летять. "Птахи-фрегати тримають одне око відкритим, щоб запобігти зіткненню з іншими птахами, так само, як качки, які стежать за потенційними хижаками", - говорить Раттенборг.
На додаток до повільно-хвильового сну в цілому або в половині мозку, вчені вимірювали короткі переривання фаз швидкого сну в рідкісних випадках. Для Раттенборга, як дослідника сну птахів, це не дивно. На відміну від ссавців, у яких фази швидкого сну тривалі і пов’язані з повною втратою м’язового тонусу, фаза швидкого сну у птахів коротка. Крім того, втрата м’язового тонусу у птахів може призвести до опущення голови, але вони все одно здатні стояти - навіть лише на одній нозі. Навіть у швидко сплячих птахів-фрегатів голова опускається в польоті, але поведінка польоту за цей час не змінилася.
Повна увага над морем цілодобово
У польоті птахи-фрегати мають однакові схеми сну, як і на суші. Однак вони сплять у середньому лише 42 хвилини на день у польоті. Найдовший безперервний сон, який виміряли вчені, тривав трохи менше шести хвилин. Повернувшись на сушу, тварини сплять більше дванадцяти годин на день, при цьому епізоди сну також довші і глибші. Тож птахи-фрегати надзвичайно сонні в польоті. "Чому птахи так мало сплять у польоті, навіть вночі, коли вони не полюють, досі незрозуміло", - говорить Раттенборг. Попередні дослідження показали, що птахи-фрегати йдуть за океанічними течіями у пошуках хороших джерел їжі, тож, можливо, це причина бути неспаними. Цікаво, що відсутність сну в польоті говорить про те, що екологічне середовище над океаном вимагає більше уваги, ніж те, що може зібрати напівпробуджений мозок.
Як птахи-фрегати компенсують негативний вплив на організм, пов’язаний з недосипом? Ми, люди, засинаємо після кількох годин втрати сну за кермом, навіть якщо ми цілком усвідомлюємо небезпеку і намагаємось не спати. "Чому ми, як і багато інших тварин, так різко страждаємо від недосипу, тоді як деякі птахи, здається, без проблем справляються зі значно меншим сном, поки що залишається загадкою", - говорить Раттенборг. Подальші дослідження тут можуть дати нові уявлення про розуміння сну та наслідків його втрати.