Четырехсекундный сон и дремота в полете: как животные используют экстремальные методы отдыха для выживания

Всеобщая потребность и риски сна

Сон необходим любому существу, обладающему мозгом, и даже некоторым животным без него. Люди спят, птицы спят, киты спят и даже медузы нуждаются в отдыхе. Сон — универсальное явление, «хотя на самом деле он сопряжен с большим риском», отмечает Поль-Антуан Либурель, научный сотрудник Исследовательского центра нейронаук в Лионе, Франция. Когда животные засыпают, они становятся максимально уязвимыми для незаметных хищников. Однако, несмотря на опасность, потребность во сне настолько сильна, что ни одно существо не может обойтись без него, даже если это крайне неудобно.

Животные, обитающие в экстремальных условиях и средах, выработали изощренные способы отдыха. Они могут красть секунды сна в процессе круглосуточного родительского ухода, дремать во время длительных перелетов или даже погружаться в сон, продолжая плыть. Долгое время ученые могли лишь строить догадки о том, когда дикие животные спят, наблюдая за тем, когда они замирали и закрывали глаза. Но в последние годы крошечные трекеры и шлемы, измеряющие мозговые волны — миниатюрные версии оборудования из человеческих лабораторий сна — впервые позволили исследователям заглянуть в разнообразные и порой поразительные способы, которыми животные дремлют. «Мы обнаруживаем, что сон действительно гибок и реагирует на экологические потребности», — говорит Нильс Раттенборг, специалист по исследованию сна животных из Института биологического интеллекта Макса Планка в Германии. Это рождение науки об «экстремальном сне», как сообщает портал EuroNews.com.

«Микросон» пингвинов-антарктиков

Возьмем, к примеру, пингвинов чинстрап (антарктических пингвинов), которых изучает Либурель. Эти пингвины образуют пары на всю жизнь и делят родительские обязанности: одна птица греет и охраняет яйцо или крошечного пушистого серого птенца, пока вторая отправляется в плавание за пищей для семьи. Затем они меняются ролями, поддерживая этот непрерывный труд неделями. Родители-пингвины сталкиваются с общей проблемой: как выспаться, не теряя бдительности за новорожденными.

Они выживают, делая тысячи коротких перерывов на сон в день, каждый из которых длится в среднем всего четыре секунды. Биолог Вон Ён Ли из Корейского полярного исследовательского института называет эти короткие «микросон». Похоже, этого достаточно, чтобы пингвины могли выполнять свои обязанности по уходу в течение недель среди своих тесных и шумных колоний. Когда мимо проходит неуклюжий сосед или появляются хищные морские птицы, пингвин моргает, чтобы взбодриться, а затем снова засыпает, его подбородок, подобно уставшему водителю, кивает на грудь.

В сумме эти дремоты дают результат: ученые измерили мозговую активность 14 взрослых особей в течение 11 дней на острове Короля Георга в Антарктиде и выяснили, что каждый пингвин спит в общей сложности 11 часов в сутки.

Чтобы оставаться в основном бодрствующими, но при этом успевать накапливать достаточный сон, пингвины выработали завидную способность функционировать при крайне фрагментированном сне — по крайней мере, в брачный сезон. Исследователи теперь могут видеть, когда спит одно или оба полушария мозга одновременно.

Фрегаты: дремота в полете

Поэты, моряки и орнитологи давно задавались вопросом, удается ли птицам, которые месяцами проводят в воздухе, вздремнуть на крыле. В некоторых случаях ответ — да. Ученые пришли к такому выводу, прикрепив измерительные приборы мозговой активности к головам крупных морских птиц, гнездящихся на Галапагосских островах, — большеклювых фрегатов.

Во время полета фрегаты могут спать половиной мозга за раз. Вторая половина остается полубодрствующей, что позволяет одному глазу следить за препятствиями на траектории полета. Это позволяет птицам парить неделями, не касаясь земли или воды, что повредило бы их нежные, неводоотталкивающие перья. Однако фрегаты не могут выполнять сложные маневры — взмахи крыльями, поиск пищи или пикирование — задействовав лишь половину мозга. Для охоты им необходимо быть полностью в сознании. Но в полете они научились спать, когда планируют и поднимаются по восходящим потокам теплого воздуха, которые удерживают их на высоте с минимальными усилиями.

Вернувшись в гнездо на деревьях или кустах, фрегаты меняют свой режим дремоты: они чаще спят всем мозгом сразу и более продолжительными отрезками. Раттенборг предполагает, что сон в полете — это специфическая адаптация именно для длительных перелетов. Подобные хитрости сна есть и у некоторых других животных. Дельфины могут спать одним полушарием мозга, плавая. Некоторые другие птицы, включая стрижей и альбатросов, также могут спать в полете, утверждают ученые. Другие исследователи установили, что фрегаты способны пролетать до 410 километров в день на протяжении более чем 40 дней, не приземляясь, — достижение, которое было бы невозможно без способности дремать на крыле.

Сон морских слонов на глубине

На суше жизнь для северного морского слона весом 2200 кг относительно проста. Но в море сон опасен — там таятся акулы и косатки, охотящиеся на тюленей. Эти слоны отправляются в длительные кормовые экспедиции, которые могут длиться до восьми месяцев, многократно ныряя на глубину в несколько сотен метров в поисках рыбы, кальмаров, скатов и другой морской добычи. Каждое глубокое погружение может длиться около 30 минут.

Исследование под руководством Джессики Кендалл-Бар из Океанографического института Скриппса показало, что около трети этого времени слоны могут спать. Команда Кендалл-Бар разработала неопреновую шапочку, похожую на плавательную, с оборудованием для обнаружения движения и активности мозга во время погружений. Шапочки с зарегистрированными данными были возвращены, когда слоны выходили на пляжи Северной Калифорнии.

Тринадцать изученных самок имели тенденцию спать во время самых глубоких участков погружений, когда они находились ниже глубин, патрулируемых хищниками. Этот сон включал как медленноволновой сон, так и БДГ-сон (быстрое движение глаз).

Во время БДГ-сна, парализованные (как и люди на этой глубокой стадии сна), слоны меняли характер движения во время погружения. Вместо контролируемого скольжения вниз они иногда переворачивались вверх дном и вращались в том, что исследователи назвали «сонной спиралью» во время БДГ-фазы. В течение 24 часов слоны в море спали в общей сложности около двух часов. (На пляже они спали в среднем около 10 часов).

Эволюция сна: гибкость природы

Ученые продолжают изучать все причины, по которым мы спим, и то, сколько на самом деле нам нужно. Маловероятно, что любой усталый человек сможет применить эти экстремальные приемы животных. Однако изучение того, насколько разнообразным может быть дремота в дикой природе, демонстрирует поразительную гибкость некоторых видов. Природа эволюционировала таким образом, чтобы сделать возможность отдохнуть доступной даже в самых ненадежных ситуациях.