Птицы спят в полете всеми типами сна, но удивительно мало

Впервые исследователи обнаружили, что птицы могут спать во время полета. Международная команда под руководством Нильса Раттенборга из Института орнитологии Общества Макса Планка в Зеевизене измерила мозговую активность фрегатов и выяснила, что они спят в полете либо одним полушарием мозга за раз, либо обоими одновременно. Несмотря на способность ко всем типам сна в воздухе, птицы спали менее часа в сутки — лишь малую часть времени, проводимого во сне на суше. Как фрегаты способны эффективно функционировать при таком малом количестве сна, остается загадкой.

Полусон или полное бодрствование в полете?

Как птица может спать в полете, не сталкиваясь с препятствиями и не падая? Одно из решений — отключать только половину мозга за раз, что Раттенборг показал на примере крякв, спящих в опасной ситуации на земле. Основываясь на этих данных и способности дельфинов плавать во время однополушарного сна, часто предполагалось, что птицы также полагаются на этот "автопилот" для навигации и поддержания аэродинамического контроля в полете.

Однако возможно, что птицы нашли способ "обмануть" сон. Недавнее открытие, что самцы песчанок, конкурируя за самок, могут эффективно действовать несколько недель, почти не спав, подняло вероятность, что птицы просто обходятся без сна в полете. Следовательно, доказательства непрерывного полета сами по себе не доказывают сон в полете: без прямого измерения состояния мозга птицы предыдущие утверждения оставались лишь предположениями.

Бортовой самописец зафиксировал сон в полете

Чтобы определить, спят ли и как птицы в полете, нужно было записать изменения мозговой активности и поведения, отличающие бодрствование от двух типов сна у птиц: медленноволнового сна (SWS) и сна с быстрыми движениями глаз (REM-сна). Нильс Раттенборг объединил усилия с Алексеем Высоцким, который разработал небольшое устройство для измерения электроэнцефалографических изменений мозговой активности и движений головы у летящих птиц.

Команда сосредоточилась на больших фрегатах, гнездящихся на Галапагосских островах. Эти птицы проводят недели в непрерывном полете над океаном. Исследователи временно прикрепили "бортовой самописец" к голове гнездящихся самок фрегатов. Птицы носили регистратор во время беспосадочных поисковых полетов длиной до десяти дней и 3000 км. Устройство фиксировало ЭЭГ-активность обоих полушарий мозга и движения головы, а GPS-трекер на спине отслеживал положение и высоту.

Результаты: как спят фрегаты

Данные показали, что фрегаты спят в полете ожидаемыми и неожиданными способами:

• Днем птицы бодрствовали, активно ища добычу.
• После захода солнца паттерн ЭЭГ бодрствования сменялся на SWS на периоды до нескольких минут, пока птицы парили.
• SWS мог возникать как в одном полушарии (однополушарный сон), так и в обоих одновременно (двуполушарный сон). Наличие двуполушарного сна указывает, что для поддержания аэродинамического контроля не требуется однополушарный сон.
• Однако в полете SWS чаще был однополушарным, чем на суше. Анализ движений показал, что когда птицы кружили в восходящих потоках, полушарие, связанное с глазом, смотрящим в направлении поворота, обычно бодрствовало, а другое спало. Это говорит о том, что птицы следили за курсом.
• Помимо SWS, изредка наблюдались краткие эпизоды REM-сна (длительностью несколько секунд). Во время REM-сна голова птицы на мгновение опускалась, но характер полета не менялся.

Экологические требования: внимание 24/7 в море

Самым большим сюрпризом стало то, что, несмотря на способность ко всем типам сна в воздухе, фрегаты спали в среднем всего 42 минуты в сутки. Для сравнения, на суше они спали более 12 часов в сутки. Эпизоды сна на земле были также длиннее и глубже. Это говорит о том, что в полете фрегаты фактически лишены сна.

"Почему они так мало спят в полете, даже ночью, когда редко кормятся, остается неясным", — говорит Раттенборг. Поскольку предыдущие исследования показали, что фрегаты следят за океаническими вихрями, предсказывающими хорошие условия для кормления, круглосуточно, возможно, этим они и заняты. Малое количество сна в полете предполагает, что эта задача требует большего внимания, чем то, которое доступно при сне одним полушарием. Таким образом, фрегаты сталкиваются с экологическими требованиями полного внимания 24/7 в море.

В долгосрочной перспективе Раттенборг надеется выяснить, как фрегатам удается поддерживать эффективную деятельность при таком малом количестве сна. "Почему мы и многие другие животные страдаем от недосыпа, тогда как некоторые птицы способны эффективно функционировать при гораздо меньшем сне, остается загадкой", — отмечает он.