Результаты исследования Нилса Раттенборга из Института Макса Планка и его коллег из ряда других институтов были опубликованы в журнале Nature Communications. Ученые представили доказательства того, что во время полета птицы могут спать, либо сохраняя одну половину мозга в состоянии активности, либо временно отключая оба полушария мозга. Примечательно, что перелетные птицы сохраняют свою навигационную способность даже во время так называемого «быстрого сна», при котором организм временно теряет мышечный тонус.
Хорошо известно, что такие птицы, как стрижи, кулики, способны преодолевать огромные расстояния во время миграций. Поэтому, предполагают ученые, у таких птиц должна быть развита способность на какое-то время отключать одну половину мозга, давая отдых другой и не рискуя при этом разбиться в полете. Аналогичным механизмом регуляции сна обладают дельфины. Он позволяет им держаться на плаву, не идя на дно, во время сна.
Тем не менее, до сего момента никаких конкретных научных доказательств этого предположения не существовало. Чтобы получить подтверждение своей теории, Раттенборг и его коллеги непосредственно зафиксировали активность мозга птиц по время полета. Их целью было установить, какой тип сна - медленноволновой или быстрый - присутствует у птиц во время длительных полетов.
Совместно с исследователями из Университета Цюриха и Швейцарского федерального технологического института команда Раттенборга разработала небольшое устройство, которое привязывали к голове птицы и которое записывало активность мозга, а также фиксировало движения головы птицы.
В качестве объектов исследования были выбраны фрегаты, которые гнездятся на островах Галапагос. Этим птицам часто приходится проводить по несколько недель в полете над океаном в поисках добычи. В результате в рамках исследования с маленьким устройством на головах фрегаты пролетели порядка 3000 километров без остановки на отдых.
После снятия регистраторов и анализа данных о полете исследователи сделали удивительные открытия. Оказалось, что птицы бодрствовали лишь в течение светового дня, но после захода солнца они переходили в режим парения (в отличие от режима активного поиска пищи), а прибор начинал фиксировать медленноволновой сон, который мог продолжаться до нескольких минут.
Любопытным и совершенно неожиданным для ученых оказалось то, что медленноволновой сон мог фиксироваться как в одном полушарии (как и предполагали исследователи изначально), так и в обоих полушариях одновременно. Исследователи пришли к выводу, что в целом птицы не нуждаются в постоянной активности одного из полушарий мозга для аэродинамического управления. Впрочем, подобный сон встречался в рамках данного исследования довольно часто, когда птицы, кружась, поднимались на воздушных потоках вверх. Это говорит о том, что птицы в буквальном смысле спали одним глазом, другим наблюдая за тем, чтобы не столкнуться с препятствиями.
Что касается фазы быстрого сна, то следует отметить, что она у птиц отличается от аналогичного вида сна у млекопитающих. В отличие от человека, у которого фазы быстрого сна продолжительны и вызывают полную потерю мышечного тонуса, у птиц эта фаза длится всего несколько секунд. Тем не менее, из-за потери мышечного тонуса голова птиц во время быстрого сна опускается, но на сам полет это никак не влияет.
Несмотря на эту удивительную способность спать во время полета, общая продолжительность сна фрегатов оказалась крайне мала. В среднем эти птицы спали всего 42 минуты в сутки. В противоположность этому, эти же птицы обычно спят по 12 часов в сутки, когда остаются на суше. Такой разительный контраст в поведении птиц остается загадкой для ученых.
Принадлежавший Людовику XIV, королю Франции, не ложился в течение пяти лет. Он спал стоя, а голову поддерживал своими бивнями, которые засовывал в две дырки, выдолбленные им в каменной стене загона. Слон Людовика XIV стал знаменитостью и предметом многих споров натуралистов.
Чем же можно объяснить это странное поведение слона? По всей вероятности, тем, что он был одинок, и не было другого слона, который бы стоял на часах во время его сна. И в диком состоянии и в неволе самцы слонов на время сна выставляют часовых. В одном американском цирке было 35 самцов слонов. Пятеро из них всегда дремали стоя, пока остальные спали, лежа на земле. Примерно через каждые полчаса двое из часовых укладывались на землю, чтобы поспать. Их немедленно заменяли два других слона. Это разумная предосторожность. Лежащему слону требуется довольно много времени, чтобы подняться. В случае опасности бодрствующие слоны всегда могут отразить нападение.
Слоны, по-видимому, вообще ложатся лишь на короткое время: на полтора - четыре часа в сутки.
Животным так же, как и нам, сон необходим. Но сон у животных не всегда связан с такими удобствами, как у человека.
Как спят птицы
Птицы, ночующие не ветвях деревьев, практически спят стоя. Почему же они не падают на землю? У птиц имеется длинное, примерно такой же длины, как и нога птицы, сухожилие, связанное с сильным мускулом. Когда птица садится, сухожилие натягивается, воздействует на пальцы, и они сжимаются, охватывая ветку. Этот механизм очень надежен. Случается, что на ветках деревьев находят мертвых птиц: они не падают, потому что даже после смерти их пальцы продолжают крепко охватывать ветвь.
Многие птицы спят, спрятав голову под крыло и приподняв перья для защиты от холода. Цапли и аисты часто спят, стоя на одной ноге. Оригинально спят некоторые попугаи в Южной Америке. Они висят вниз головой, зацепившись за ветвь одной ногой. Некоторые стрижи спят, собравшись в большой шар.
Сон птиц связан с некоторыми специальными вопросами обмена веществ. У птиц обмен весьма интенсивен. Нормальная температура птиц 42 С, то есть такая температура, какая у человека бывает лишь при тяжелом заболевании. Во время сна химические процессы в организме птиц замедляются, и температура тела падает до 20 С.
Многие водяные птицы спят «на плаву». Часто утки и лебеди попадают в ледяной плен: во время их сна вода вокруг них замерзает. Чайки тоже спят на воде. Утверждают, что они могут ненадолго засыпать и в полете. Способность спать в полете приписывается также птицам, которые могут совершать длинные перелеты, например, альбатросам. Возможно, что это правда, но большую часть своего сна альбатросы, без сомнения, проводят на воде. Некоторые животные спят под водой.
Как спят млекопитающие
Зоолог Локли описал сон , наблюдения над которыми проводил в одном аквариуме в Европе. Пара тюленей медленно опустилась на дно бассейна двухметровой глубины. Самка закрыла глаза и заснула. Через несколько минут она начала подниматься, совершая едва заметные движения хвостом и передними плавниками. «Ее глаза были закрыты, когда она достигала поверхности и начинала громко вдыхать, - пишет Локли. - Сделав примерно шестнадцать глубоких вдохов, она закрыла носовые отверстия и снова опустилась на дно. Ее глаза были закрыты в течение всего периода дыхания - около одной минуты. Нет никакого сомнения, что все это время она спала.
Она опускалась вниз, оставалась на дне в течение пяти с четвертью минут, затем снова подымалась. Это повторилось двенадцать раз. Глаз она не открывала. Самец действовал таким же образом. Два тюленя спали в течение получаса, поднимаясь и опускаясь в воде до тех пор, пока какой-то резкий звук не потревожил их.
Только высшие любят комфорт во время сна и тратят много времени на устройство постели. Так, гориллы с наступлением вечера разыскивают место, заросшее лианами, и начинают готовить себе постели. Они сгибают молодые ветви, переплетают их и строят пружинящую платформу. На эту платформу они укладывают ветки и листья, служащие матрацем, на котором они спокойно и удобно спят.
Орангутанги обычно устраиваются на ночлег на вершинах деревьев. В отличие от горилл они предпочитают индивидуальные постели. Орангутанги любят спать в развилке ветвей, среди густой листвы. Развилку они заполняют ветвями, покрытыми листьями. Причем острые, обломанные концы ветвей они высовывают наружу. Готовая постель имеет диаметр от 1,2 до 1,5 метра.
Снятся ли животным сны
Поведение многих спящих животных заставляет предположить, что им снятся сны, при этом не всегда хорошие. У слонов, по-видимому, бывают кошмары, тогда они во сне трубят. Случается слонам и громко храпеть.
Спят ли насекомые
Насекомые, как видно на фотографиях, снятых сотрудником Венского зоологического института энтомологом Шреммером, спят в самых различных, порой, с нашей точки зрения, весьма неудобных позах.
Многие одиночные и некоторые виды ос во сне принимают разные причудливые положения. Вечером они взбираются вверх по стеблю растения или садятся на самом краю листа и, найдя подходящее место, захватывают его жвалами. Хватка насекомых так крепка, что они могут даже подтянуть к брюшку ножки: для поддержки они им сейчас все равно не нужны.
Нередко сон приводит тельце насекомого в состояние каталептической жесткости. Некоторые пчелы в таком подвешенном состоянии могут проспать несколько часов или даже несколько дней.
Необыкновенное положение занимает во сне оса дорожная. Прикрепившись к стеблю травинки лапками, а часто и жвалами, она обвивает его своим телом.
Своеобразны повадки самцов роющик пчел. На ночь они обычно слетаются группами до сорока особей на какое-нибудь растение. Перед сном все совершают вечерний туалет - чистятся. Первые лучи солнца будят всю эту сонную компанию.
Известный натуралист Хадсон снимал спящую со стебля травы и снова клал обратно. Ноги бабочки немедленно обхватывали стебелек. Если спящую бабочку поднять с травы и бросить в воздух, она спланирует с неподвижными крыльями и уцепится за любой предмет.
Даже всегда деятельные муравьи спят. Вот как описывает сон некоторых муравьев Джульен Хаксли: «В качестве постели они выбирают небольшое углубление в грунте и укладываются там, тесно прижав ножки к туловищу. Когда они просыпаются (примерно после трех часов отдыха), их поведение чрезвычайно похоже на поведение только что проснувшегося человека. Они вытягивают голову и ноги на всю длину и часто встряхивают ими. Их челюсти широко раскрываются, словно они зевают».
P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, что спящие животные могли бы стать эмблемой такой штуки, как примеру полиэтиленовые пакеты. А что, наверняка полиэтиленовые пакеты оптом на delivax.com.ua с изображением спящих панд, слонов и , пользовались бы спросом.
Международная группа ученых под руководством исследователей из Института орнитологии Общества Макса Планка (Германия) нашла ответ на вопрос, десятилетиями не дававший покоя исследователям. А вопрос простой: могут ли птицы спать во время полета?
Могут — доказали ученые, проведя самое необычное исследование, чтобы проследить за распорядком дня птиц, часами находящихся в воздухе.
Давно известно, что некоторые виды стрижей, певчих птиц, бекасовых, а также морских птиц могут совершать беспосадочные перелеты длительностью в дни, недели и больше. Учитывая, к каким негативным последствиям приводит животных отсутствие сна, многие ученые полагали, что птицам как-то удается спать в полете. Однако недавно было показано, что некоторые птицы действительно способны бодрствовать неделями, сводя к минимуму время сна, и это еще больше добавило неясности в вопрос о возможности сна в воздухе.
Главная проблема в ответе на этот вопрос — отсутствие исследований мозга птиц во время полета, которые могли бы пролить свет на данную проблему. Как птица может спать в воздухе, не сталкиваясь с сородичами и не падая вниз? По одной из версий, птицы спят не полностью, а отдельными полушариями, сначала левым, потом правым. Есть работы, показывающие, что именно так спят кряквы, если на суше есть опасность. У этих птиц, если они находятся на краю стаи, всегда бодрствует одно полушарие мозга, а соответствующий ему глаз всегда направлен в сторону возможных угроз. Как бы то ни было, чтобы зафиксировать сон, ученым необходимо измерить электрическую активность мозга, а это требует размещения на голове птиц специальных устройств.
Чтобы решить задачу, ученым требовалось выявить моменты, когда птица бодрствует, а когда впадает в один из двух известных типов сна — медленный сон (Slow Wave Sleep, SWS) и быстрый сон (Rapid Eye Movement, REM). Для этого Нильс Раттенборг, автор работы, совместно с Алексеем Высоцким из Университета Цюриха разработали миниатюрный прибор,
снимающий энцефалограмму мозга птиц и фиксирующий движения головой во время полета.
Изучать решили больших фрегатов, гнездящихся на Галапагосских островах. Известно, что эти птицы проводят над океаном целые недели в поисках рыбы, которую гоняют хищники к поверхности. Птицы с помещенными им на голову приборами улетали иногда на 10 дней, за которые пролетали до 3 тыс. км. Все это время прибор записывал энцефалограммы обоих полушарий птиц, движения головы, маршрут следования и высоту полета при помощи приемника GPS. По возвращении с птиц снимали приборы и начинался процесс обработки полученных данных. «Как и многие другие животные на Галапагосах, фрегаты были довольно спокойны и продолжали спать, когда я приближался к ним во второй раз», — рассказал соавтор работы Брайсон Воирин.
Иллюстрация: nature.com
Анализ данных показал, что птицы действительно спят в полете, но спят как предполагавшимся, так и необычным способом. Днем они бодрствуют, занимаясь поиском пищи. После захода солнца привычная энцефалограмма переключалась в режим медленного сна, и птица парила несколько минут. Ученые отметили, что в это время могут отключаться как одно, так и оба полушария мозга.
Это означает, что птицам вовсе не обязательно бодрствовать одним полушарием, чтобы сохранять контроль за аэродинамикой своего полета.
Однако другое открытие было сделано при сопоставлении движений головы с записями энцефалограммы полушарий. Когда птица парит кругами в восходящих потоках воздуха, бодрствует полушарие мозга, отвечающее за глаз, который смотрит в сторону поворота, пока другое спит, из чего следует вывод, что птица отслеживает, куда летит. «Фрегаты могут присматривать за птицами, чтобы избежать столкновения, подобно тому, как утки отслеживают хищников», — пояснил Раттенборг.
Иллюстрация: nature.com
Кроме того, периоды медленного сна иногда прерываются короткими, буквально в несколько секунд, фазами быстрого сна, установили ученые. В отличие от млекопитающих, у которых быстрый сон длится долго и сопровождается полным расслаблением мышц, у птиц он включается лишь на несколько секунд. В отличие от зверей, птицы в этой фазе сна хоть и роняют на время голову, но могут продолжать стоять на одной ноге.
Аналогично и фрегаты в момент быстрого сна на время кивают головой, однако их полет остается неизменным.
Пожалуй, главным открытием для ученых стало общее время сна: выяснилось, что в течение суток птицы позволяют себе заснуть всего на 42 минуты. Зато, вернувшись в гнездо, они отсыпаются и могут проспать полдня. «Почему они так мало спят ночью, если охотятся мало, остается загадкой», — считает Раттенборг. В будущем ученые намерены объяснить, как птицы так долго обходятся без сна. «Почему мы и многие другие животные сильно страдаем от недосыпа, в то время как некоторые птицы отлично адаптируются, остается загадкой», — добавил он. Работа ученых опубликована в журнале
Учёные из Института орнитологии Макса Планка впервые наблюдали способность птиц засыпать во время полёта. Об этом умении пернатых подозревали уже давно, но только сейчас её смогли доказать. Интересно, что новое исследование также показывает, что способ немного вздремнуть в полёте гораздо более необычен, чем предполагалось.
Открытие, по словам исследователей, наконец-то поможет объяснить, как птицам удаётся летать в течение нескольких дней (или даже недель) и не уставать.
Фрегаты могут спать на лету, отключая то одно полушарие мозга, то сразу два.
Фотография B. Voirin.
Орнитологи не до конца понимали, что именно происходит с птицами во время полёта: то ли они бодрствуют на протяжении всего путешествия, то ли используют только одно полушарие мозга, в то время как другое отдыхает. Так, например, было установлено, что утки способны погружаться в сон только одним полушарием, чтобы даже во сне оставаться бдительными и вовремя заметить приближение хищника. Ранее та же особенность наблюдалась и у дельфинов. Кстати, люди делают то же самое, когда засыпают на новом месте.
В новом исследовании немецкие учёные измерили активность мозга фрегаты - морской птицы, которая, как известно, способна неделями летать над океаном в поисках рыбы. Команда разработала небольшое устройство, которое отслеживало электроэнцефалографические изменения активности мозга птиц. Аппарат, который они прозвали "лётный самописец", прикрепили к 15 взрослым самкам фрегат. Устройство могло фиксировать медленный сон (slow wave sleep) и фазы быстрого сна (rapid eye movement sleep).
Команда наблюдала за активностью мозга на протяжении десяти дней, во время которых птицы пролетели порядка трёх тысяч километров. Кроме того, встроенный датчик GPS отслеживал положение птиц и высоту полёта. После того, как пернатые вернулись, орнитологи собрали "лётные самописцы" для анализа данных записей и очень удивились полученным результатам.
В течение дня птицы бодрствовали и активно искали рыбу, но как только Солнце садилось, птицы переходили в стадию медленного сна и при этом продолжали летать. Правда, длился такой сон всего несколько минут.
Чаще всего птицы использовали только одно полушарие во время сна, что исследователи и ожидали обнаружить. Но электроэнцефалографические показатели также зафиксировали, что и оба полушария сразу могли впадать в фазу медленного сна в одно и то же время, что неожиданно предполагает: птицы в состоянии управлять полётом даже когда весь мозг находится в "спящем режиме".
Полноценный медленный сон, как правило, происходил во время того, как птицы кружили в восходящих воздушных потоках и им не нужно махать крыльями.
Но, пожалуй, самым большим сюрпризом оказался тот факт, что, несмотря на эту уникальную возможность, сами фрегаты довольствовались в большинстве случаев коротким сном. Он длился не более одного часа в день - в среднем всего 42 минуты. Это менее 10% времени, которое птицы тратят на сон на земле.
Учёные пока не понимают, почему так происходит: предстоит ещё много исследований. "Почему они спят так мало в полёте даже ночью, когда они редко находят корм - для нас это загадка", — говорит автор исследования Нильс Раттенборг (Niels Rattenborg).
По мнению специалистов, изучение этого вопроса в будущем поможет и людям. "До конца неизвестно, почему мы, как и многие животные, сильно страдаем от потери сна, в то время как некоторые птицы могут не спать долгое время", — уточняет Раттенборг.
Научная статья по результатам исследования опубликована в издании Nature Сommunications.
Вопрос «Спят ли птицы на лету?» кажется нелепым: ведь птице нужно работать крыльями и одновременно смотреть, куда летишь. Какой тут сон! Это всё равно что спросить у спортсмена, может ли он заснуть на бегу. Само собой разумеется, чтобы поспать, птицам надо куда-нибудь сесть, и мы часто видим голубей, воробьёв, ворон, уток спящими на деревьях, проводах или просто на земле.
Но среди пернатых есть такие, которые совершают очень долгие перелёты и вообще чувствуют себя в воздухе лучше, чем на земле. Это, например, стрижи. Перелётные виды стрижей мигрируют на тысячи и тысячи километров. На земле их можно увидеть только тогда, когда они высиживают яйца. Стрижиные лапки так коротки, что ходить по земле они не могут.
Несколько лет назад исследователи из Швейцарского орнитологического института, желая узнать больше о поведении этих птиц во время перелётов, прикрепили к нескольким белобрюхим стрижам специальные датчики, которые записывали все перемещения пернатых и при этом были достаточно маленькими и лёгкими, чтобы никак их не стеснять. Оказалось, что во время зимовки стрижи вообще не садятся на землю. Более двухсот дней они безостановочно летают над Западной Африкой и вряд ли всё это время проводят без сна.
Другой пример длительного беспосадочного перелёта демонстрируют большие фрегаты. Вся их жизнь связана с морем и побережьем, однако плавать и нырять они не умеют. Рыбу фрегаты выхватывают с поверхности воды, следуя за водными хищниками, гоняющими косяки рыб, и за течениями, выносящими что-нибудь съедобное из морских глубин.
Летом нынешнего года в журнале «Science» была опубликована статья, авторы которой утверждали, что фрегаты способны провести в воздухе без посадки два месяца. Энергии они тратят мало: пользуясь восходящими потоками воздуха, птицы поднимаются на высоту до 4 км и оттуда медленно, в течение нескольких часов, снижаются. Скорее всего, им удаётся вздремнуть во время парения, но, чтобы убедиться в этом со всей определённостью, а не по косвенным свидетельствам, нужно регистрировать сигналы активности мозга у летящей птицы.
Подобный, казалось бы, невозможный эксперимент всё-таки удалось провести. Исследователи из Орнитологического института Общества Макса Планка и Цюрихского университета разработали устройство, регистрирующее электрические ритмы мозга фрегата, положение его головы, манеру полёта (планирует птица или машет крыльями), скорость и направление движения. Прибор сделали небольшим, чтобы можно было надеть его на голову птицы, не причиняя ей беспокойства. Для эксперимента отобрали пятнадцать взрослых самок с Галапагосских островов, которым как раз пришла пора выкармливать птенцов. В течение нескольких дней птицы кормились над океаном (расстояние, которое они в сумме покрыли за это время, составило около 3000 км), а потом возвращались на берег, где их снова ловили и снимали с головы устройство слежения с записанными данными.
Что же это за данные? Как мы помним, сон состоит из двух продолжительных фаз, отличающихся не только по электрической активности мозга, но и по общей физиологии: медленной, которая сама по себе распадается на несколько стадий, и быстрой, или REM-фазы (от английского выражения «rapid eye movements» - быстрые движения глаз). В быстрой фазе сна, в отличие от медленной, глаза начинают двигаться под веками, меняется дыхание и частота сердечных сокращений, а мозговые ритмы выглядят так, будто мозг бодрствует. В статье в «Nature Communications», опубликованной в августе нынешнего года, говорилось, что днём фрегаты не спали, а вот с наступлением ночи в их мозге появлялись ритмы медленного сна. «Сонные» ритмы у птиц возникали большей частью только в одном полушарии, но порой «засыпали» оба полушария одновременно.
Однополушарный сон, когда полушария спят по очереди, - не такая уж редкость. Так спят некоторые водные млекопитающие (тюлени, дельфины, ламантины) и некоторые птицы. Та часть мозга, которая бодрствует, помогает плыть, если это водный зверь, или просто следит за тем, что происходит вокруг. Например, в птичьей стае особи, которые находятся с краю, во время сна держат один глаз открытым, чтобы вовремя заметить приближающегося хищника (понятно, что именно бодрствующее полушарие связано с открытым глазом). Какое-то подобие однополушарного сна есть и у людей (см. «Наука и жизнь» № 8, 2016 г., статья ) - он включается, когда нам приходится спать на новом месте. Правда, в отличие от животных, полушария мозга человека не сменяют друг друга «на посту», то есть бодрствующее полушарие бодрствует до самого утра.
Над океаном фрегаты могут не бояться хищников, однако им нужно поддерживать правильное направление полёта. Поднимаясь по спирали на восходящих потоках воздуха, они держат открытым тот глаз, который смотрит в направлении поворота. Соответственно распределяются и обязанности полушарий: какому сейчас спать, а какому - нет. Довольно редко медленный сон сменяется у фрегатов быстрым, который длится всего несколько секунд.
Быстрый сон у млекопитающих и у птиц разный. У зверей он длится от нескольких минут до нескольких десятков минут и сопровождается полным расслаблением мышц. У пернатых быстрый сон намного короче, и при этом они каким-то образом сохраняют тонус в некоторых мышцах. Например, несмотря на быстрый сон, птицы могут продолжать стоять на одной ноге. Фрегаты во время быстрого сна хотя и роняли голову вниз, но не сбивались с курса. В сумме, однако, фрегаты спят на лету мало, всего 42 минуты в сутки, тогда как на земле они тратят на сон иногда по 20 часов. Периоды «земного сна» у фрегатов длятся дольше, а сам сон делается глубже, чем в воздухе, - вероятно, всё-таки сказывается хроническая нехватка сна во время полёта. Вполне возможно, что и другие птицы, проводящие в полёте по несколько дней, спят таким же образом - по чуть-чуть - и выключают полушария по отдельности.