Втомна тварина - DER SPIEGEL 42009
Каля не хоче спати. Не сьогодні. Не завтра. Ні за тиждень. Спочатку зовсім не спочатку. З моменту її народження так було з дитиною косаткою в парку розваг SeaWorld в Сан-Дієго, штат Каліфорнія.
Стаття у форматі PDF
Тварина постійно перебуває в русі, кружляючи в басейні 6400 кубічних метрів. А поруч із ним неспокійно плаває Касатка, вагою близько двох з половиною тонн, мати малечі.
"Ми всі відчуваємо, що тварини повинні бути неймовірно втомленими, - каже ветеринар SeaWorld Джеймс Мак-Бейн, - але, схоже, вони цього не роблять".
Більше чотирьох тижнів після народження китового теля в 2004 році Калія та її мати безперервно пересувалися через басейн в зоопарку. І Джером Зігель, дослідник сну з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, вражений і донині. "Тварини тижнями не робили нічого подібного до сну, - згадує дослідник. - Це принципово суперечить думці, що сон має важливе значення для розвитку мозку та тіла".
Сон косатки - явище. Коли вони молоді, вони взагалі майже не сплять. Пізніше лише її половина мозку дрімає. Вони, мабуть, ніколи не мріють. І завдяки своїй екстравагантній сплячій поведінці вони навіть не самотні в тваринному світі.
Тварини сплять у міру зростання дзьоба та морди. Альпійський бабак відпочиває до семи місяців на рік. Жираф справляється лише з чотирма годинами на ніч. Джунгарські хом'яки вдень перебувають у стані паралічу, тоді як вночі вони свистять через свої підземні тунелі. Лінивець, навпаки, не такий ледачий. За дев’ять з половиною годин він майже не спить довше, ніж людина.
Нічого не здається неможливим у царстві соні та нічної ластівки. А дослідники розбивають мізки: як виникає різноманітність? Яке загальне значення сну, коли кожна тварина спить по-різному? Широкий спектр поведінки дозволяє робити висновки про еволюцію сну, говорить Зігель. І навіть більше: Зігель хоче прочитати глибший сенс допитливості сну з поведінки тварин у сні.
"Головне питання полягає в тому, чому мати-природа спочатку створила таке дивне явище", - говорить Патрік Макнамара, нейропсихолог з Бостонського університету. Спільно з колегами дослідник започаткував проект, присвячений історії племені сну. Вчені вже задокументували поведінку сну близько 150 видів ссавців у базі даних. Макнамара: "На відміну від сексу, полювання чи поведінки втечі, функція сну не є очевидною".
Гільдія сомнологів вже зібрала всілякі чудові речі. Наприклад, бики-жаби часто там нахабно сидять, але ніколи не сплять. Кубинська деревна жаба Osteopilus septentrionalis, даніо або плодова муха різні: вони іноді відчувають якусь сонливість.
Однак сон, як відомо людині, схоже, існує лише у ссавців та птахів. Дослідники давно розробили розумні методи підслуховування шпал тварин. Електроди імплантують у мозок тварин, щоб записати активність мислячого органу як електроенцефалограму (ЕЕГ). Дослідники поведінки прискіпливо фіксують, наскільки сильною є ерекція сновидних щурів, чи змінюють фламінго вночі ноги або як часто леви смикають очима під час сну.
Використовується високорозвинена техніка шпигунства. Дослідники з Університету Тасманії за допомогою ультразвукових зондів та приладів для відстеження спостерігали за австралійськими короткоклювими їжаками у їхніх сплячих зонах. Вони виявили, що самці часто втручаються у сплячих самок. Секс не в той час збільшує шанси тих, хто порушує проблеми, мати власне потомство.
Інші вчені використовують неприємні на вигляд експерименти, щоб з’ясувати, як тварини реагують на недосипання. "Метод дисковер-вод" американського дослідника сну Аллана Рехтшаффена відомий і сумно відомий. Посередині водного басейну вчений встановив обертовий диск, розділений на дві половини стіною, яка була постійно встановлена через басейн. Дослідник поклав щура на одну з цих половинок. Щоразу, коли тварина погрожувала заснути, він давав диску обертатися і тим самим змушував щура бігти. Наслідки були фатальними: тварина схудла. У нього піднялася температура тіла. Через два-три тижні настала смерть.
"Диявольський пристрій", коментує Зігель, але цінне для дослідження сну. Деякий час вважалося впевненим, що недосипання є фатальним. Зараз теза спростована, говорить Зігель. Експерименти повторювали на мишах. Жоден не загинув. Дослідники садили щурів у бігову доріжку, яка починала бігати щоразу, коли тварини втомлювались. Жодна щур не загинула, каже Зігель. Експерти навіть переслідували птахів через вольєр, щоб позбавити їх сну. Тижнями. "Нічого, - каже Зігель, - навіть втрати ваги".
Результати вимірювань мозкової хвилі є аналогічно змінними. Дослідники розрізняють різні фази сну, такі як глибокий сон, в якому мозок квазі відпочиває і виробляє довгохвильові електричні імпульси, і так званий швидкий сон ("швидкий рух очей"), який змушує очні яблука сильно смикатися за закритими кришками і жваво Мрії йдуть рука об руку.
Багато біологів вважають, що швидкий сон допомагає навчатися і важливий для розвитку мозку. Насправді майже всі новонароджені ссавці багато сплять; частка сну уві сні для них надзвичайно висока. А як же дитина косатки Каля з Каліфорнії Що можна сказати про дельфінів, які після десятиліть інтенсивного дослідження сну афаліни все ще не потрапили уві сні? Натомість тварини сплять лише половиною свого мозку, якщо взагалі. Поки нейрони в одній половині мислячого органу бурхливо стріляють, інша половина відключається. У якийсь момент неактивна сторона прокидається, інша починає дрімати.
Або птахи: американський фізіолог Нільс Раттенборг з Інституту орнітології імені Макса Планка в Сеєвізені, Баварія, кілька років тому спостерігав, що бордюри Північної Америки також можуть пройти дуже мало сну. Птахів, що утримувались у клітках, охопили хвилювання під час міграції. "Вони схвильовано стрибали туди-сюди і просто пропустили дві третини сну", - повідомляє дослідник.
Раттенборг зараз намагається з'ясувати, чи дійсно птахи не переночують сну під час руху, чи вони дрімають один або два під час польоту. Торік дослідник та його команда розмістили троянд-шпаків у 20-метровій аеродинамічній трубі. Потім вони запустили ревучу машину. З силою вітру, що летіла шість спереду, птахам доводилося відбиватися.
Чи дрімали пір’яні тварини під час випробувального польоту, який тривав годинами? "Ні, - каже Раттенборг, - але тим більше потім". Тепер дослідник хоче перевірити результати на диких птахах-фрегатах. Вони носять на головах крихітні ЕЕГ-реєстратори. Пристрої призначені для фіксації мозкової активності під час польоту.
Відмінні літаки залишаються в повітрі до тижня для риболовлі у відкритому морі. Ви переходите на автопілот? Раттенборг вважає, що це можливо. Як і дельфіни, птахи можуть спати з половиною мозку. Око, призначене для наявної півкулі, залишається відкритим. "Одна половина мозку відновлюється, інша залишається пильною", - говорить дослідник. Він уже спостерігав дивне явище у крижень. Якщо вони сплять у групі, тварини, що сидять надворі, завжди пильно стежать за світом. Час від часу качки обертаються і продовжують спати з іншого боку.
Список екстремальних шпал можна продовжувати. Майже всі морські ссавці є майстрами мало сну на морі: моржі можуть не спати більше 80 годин, не відновлюючись. Кашалоти сплять максимум дві години на день, плаваючи вертикально у воді. Вухаті тюлені, навпаки, здаються, можуть переключатися між різними режимами сну за бажанням. У своїх мисливських експедиціях в океані тварини, мабуть, сплять лише з половиною мозку, як дельфіни, повідомляє біолог Олег Лямін з московського дельфінарію "Утрішки". Ви можете обійтися без швидкого сну цілими тижнями. Повернувшись на сушу, фази глибокого сну і сну знову чергуються.
Екстремісти серед шпал мало що роблять. Коли в пустелях Каліфорнії та Арізони стає холодно, наприклад, Хелхоко, "сплячий", зникає в скельних нішах або під кактусами. Потім температура його тіла падає приблизно з 40 до 5 градусів. Він знову піднімається в небо, коли комахи літають навесні. Зимова нічна ластівка - це ім’я постійного сплячого, який важить всього 50 грам, і це сплячка. Це, мабуть, найрадикальніший спосіб переведення тіла в режим очікування. Холод, дефіцит їжі або нестача води змушують людей тікати в енергозберігаючий режим. Тропічні квіткові кажани та колібрі замерзають, коли не вистачає багатих на нектар квітів. Напівмавпи на Мадагаскарі проходять сухий сезон, каліфорнійські ховрахи сплять сяюче літо.
Відключення - це секрет життя на найменшому полум’ї. "Метаболізм в основному вимкнений", - говорить Герхард Гельдмайер, зоофізіолог з Університету Марбурга. Завдяки цьому дрібні тварини можуть економити до 98 відсотків енергії. Зміни в мозку є особливо радикальними - енергієнт, який чудово підсилюється, коли прокидається. "Діяльність мозку більше не видно на ЕЕГ", - говорить Гельдмайер, стан, що визначає смерть мозку у людей. Лише кілька областей стовбура мозку залишаються активними.
Природа розсунула межу між життям і смертю майже до абсурду. Екстремістом серед зимових шпал є арктичний ховрах. Коли наближається зима на півночі Аляски, вона згортається під землею і замерзає. Температура підлоги опускається до мінус 18 градусів Цельсія. Але тварина чинить опір. При мінус 2 градусах він стабілізує температуру тіла - без замерзання крові. Біологи називають цю здатність "переохолодженням".
Це ще сон? Саме тому, що мозок під час сплячки майже повністю вимкнений, багато біологів не вважають явища порівнянними. Але Зігель бачить паралелі. Зимова сплячка, суворість зимової нічної ластівки, напівбокий сон дельфінів - це перш за все пристосування до умов життя тварин.
"Екологічні фактори мають надзвичайний вплив на режим сну тварин", - підтверджує нейропсихолог Макнамара. Жирафи або слони мало сплять, бо їм потрібно багато часу, щоб засипати достатньо зеленого корму. Натомість левам та іншим м’ясоїдним тваринам не потрібно довго спати: вони можуть покрити свої щоденні потреби в їжі одним полюванням, а потім перейти в енергозберігаючий режим. Натомість морські птахи, які долають великі відстані над водою, не можуть не зменшити свій сон до мінімуму.
Або великий коричневий кажан: у колоніях до 700 екземплярів тварина поселяється в Північній та Центральній Америці - і може надзвичайно звисати. Тріпотіння спить до 20 годин на добу. Активізується лише у вечірні години і полює на комах. "Кажан погано бачить раніше цього дня, їжі недостатньо, і йому загрожує напад птахів, - каже Зігель. - Їм просто безглуздо пробуджуватися довше".
Зігель вважає, що сон еволюціонував, оскільки він дозволяє заощаджувати енергію і одночасно уникати небезпек. І дослідник також вважає, що знає, як виникло явище. Понад десять років тому його експедиція провела його через ліжка тварин до сплячої печери австралійського качкодзьоба. Унікальний екземпляр для відкладання яєць - своєрідна химера з качки та бобра - стоїть прямо біля коріння ссавців. Дивовижна річ: Ornithorhynchus anatinus проводить до 60 відсотків часу сну із швидким сном. Потім блискавка мерехтить у його сплячому розумі. Його дзьоб рухається ніби у мрійливому пошуку здобичі. Однак його мозок поводиться інакше, ніж у щура чи людини. Хоча швидкий сон також помітний у передніх відділах мозку через посилення гострих відчуттів, феєрверки в голові качкодзьоба обмежуються стовбуром мозку, найстарішою частиною мозку.
"Звичайний сон, здається, сягає своїм корінням у життєво важливу, примітивну функцію мозку", - каже Зігель, роблячи далекосяжні висновки. Чи можливо, що швидкий сон - це походження сну в першу чергу? Дослідник бачить континуум. Швидкий сон вперше з’явився в еволюції. Діяльність мозку нагадує активність неспання. Тільки м’язи відключені. На пізній фазі глибокого сну мозок також відпочиває. Нарешті, у зимових шпалах мислячий орган повністю розфутболений. Економія енергії максимальна. Так міг розвиватися сон.
Отже, сон - це не що інше, як заощадження, альтернативне неспанню - це стан, до якого тварини завжди прагнуть, коли їм нічого не робити?
"Я не думаю, що сон має життєво важливу фізіологічну функцію, - каже Зігель. - Тварини просто сплять, коли їм не потрібно бути неспалими". Але дослідник впевнений у суперечності з такими тезами. Оскільки низка публікацій свідчить, принаймні у людей, що без сну страждає мозок і виникають важкі психологічні та неврологічні пошкодження.
Зігель приймає ці результати. Але він сумнівається, чи справді вони охоплюють основну функцію сну. Оскільки якщо сон так важливий для мозку, то як може бути, що деякі тварини ледве проходять без нього?
"Кити та дельфіни належать до тварин з найбільшим мізком, - каже дослідник, - і вони виростають і, мабуть, багато чого дізнаються, ніколи не спавши належним чином".
Немовлята-косатки, такі як Калія, із парку SeaWorld у Сан-Дієго мусять не спати в перші тижні життя: "Інакше вони замерзнуть до смерті, втратять матір або стануть їжею для акул".
"Якось ці ссавці, здається, знайшли спосіб боротьби з стійким недосипанням", - говорить Зігель. Немовби доводити свої тези, він веде до сусідньої кімнати свого інституту. У великих скляних циліндрах є блідий мозок тварин, який качається у формаліні. «Слон, тигр, дельфін, кит-білуга, тюлень», - Зігель крокує по поличках. "Ах, ось воно", - каже він, надягаючи пластмасові рукавички і виймаючи з одного з судин вражаючий мозок косатки.
"Тільки погляньте, - каже дослідник, - такий великий - і тварина практично ніколи не спить!"