Способность птиц спать на лету доказали энцефалограммой
Ученые сумели получить электроэнцефалограммы у фрегатов в полете, подтвердив, что птицы способны спать на лету как обоими полушариями мозга, так и каждым попеременно. При этом они обходятся лишь считанными минутами сна в сутки, – пишут авторы статьи, опубликованной журналом Nature Communications.
Некоторые птицы способны оставаться в воздухе целые дни и недели. Однако полет требует большой концентрации и, как считается, невозможен в периоды полноценного сна. Поэтому многие ученые предполагают, что птицы способны спать попеременно то одним, то другим полушарием. Это мнение поддерживается работой Нильса Раттенборга (Niels Rattenborg) и его коллег, показавших, что утки, оказавшиеся по границам сбившейся на ночевку группы, погружаются в сон лишь одним полушарием, оставляя полуоткрытым противоположный глаз, который следит за происходящим снаружи.
С другой стороны, несколько лет назад Раттенборг, а также работающий в Швейцарской высшей технической школе (ЕТН) Цюриха нейробиолог Алексей Высоцкий (Alexei Vyssotski) и их коллеги обнаружили, что самцы куликов-дутышей, ухаживая за самками в течение трехнедельного периода спаривания, сохраняют полноценную активность, невзирая на почти полное отсутствие сна. Эти результаты указывают на высокую адаптированность некоторых птиц к длительной депривации сна, что может использоваться и в долгих перелетах. Так или иначе, но достоверных нейрофизиологических наблюдений за сном непосредственно во время полета до сих пор не проводилось, и новая работа Раттенборга, Высоцкого и их соавторов из Европы, США и ЮАР стала первой.
Ученые разработали миниатюрные приборы для проведения электроэнцефалографии (ЭЭГ) у больших фрегатов (Fregata minor) – крупных морских птиц, способных неделями и даже месяцами летать над океаном в поисках пищи. Приборы были хирургически имплантированы на твердые оболочки мозга 15-ти самок фрегатов, гнездящихся в эквадорском национальном парке Галапагос. Полумиллиметровые, покрытые золотом датчики по тонким проводам передавали данные на накопитель, который закреплялся на коже птицы. Здесь же располагались акселерометры, датчики GPS и источник питания – общий вес всех инструментов составил всего 55 г, менее 5 процентов от массы самих птиц.
После необходимого периода восстановления фрегаты отправлялись в океан на охоту, иногда покрывая до 3000 км за 10 дней непрерывного полета. По прилету на Галапагосы 14 из 15 самок удалось поймать и снять с них приборы, позволив затем восстановиться и вернуться на волю.
Анализ собранных данных показал, что птицы оставались в бодрствующем состоянии в течение всего светового дня и большую часть ночи. Однако время от времени по ночам на ЭЭГ фиксировался кратковременный переход мозга к активности, характерной для медленноволнового сна (Slow Wave Sleep, SWS) птиц. Такой сон продолжался всего несколько минут и мог охватывать как оба полушария, так и лишь одно из них. Интересно, что, судя по показаниям акселерометров, «однополушарный» сон сопровождался медленным и расслабленным парением фрегатов в восходящих потоках воздуха. Поднимаясь в них по спирали, птицы – как утки в упомянутой выше работе – сохраняли бодрствование смотрящим наружу глазом и соответствующим полушарием мозга.
Кроме того, все то время, пока на ЭЭГ фиксировался полноценный «двухполушарный» сон, фрегаты сохраняли совершенно нормальный контроль над полетом. Он не утрачивался даже в фазу сна с быстрыми движениями глаз (Rapid Eye Movement, REM): датчики отметили расслабление мышц шеи, так что птицы несколько секунд «клевали головой» в полете, при этом продолжая движение. Вместе с тем, REM-сон продолжался еще меньше, чем фазы SWS. Они наступали краткими – в несколько минут – периодами, так что за время своих путешествий фрегаты проводили во сне в среднем лишь около 42 минут за сутки.
Когда фрегаты находятся на земле, они спят в среднем по семь часов. Таким образом, продолжительность сна в полете составляет только 7 процентов обычного. Механизмы, которые обеспечивают им способность сохранять нормальное состояние организма в условиях такой выраженной депривации сна, пока неизвестны. Однако именно они особо интересуют ученых: как замечают Раттенборг с соавторами, эта адаптированность к депривации может дать ключ к понимаю как природы сна, так и последствий его отсутствия.
Источник
Новое исследование доказывает, что птицы могут спать во время полета
Это первый случай, когда птицы спят во время полета.
В течение многих лет ученые подозревали, что птицы могут спать во время полета, поскольку многие виды птиц, как известно, летают без остановок в течение нескольких дней или даже недель. Некоторые исследователи выдвинули гипотезу о том, что птицы вместо этого отказываются от сна во время длительных полетов, утверждая, что лишение сна практически не влияет на определенные виды. Из-за отсутствия исследований, отслеживающих режим сна летающих птиц, эти гипотезы ранее не подтверждались. Однако сейчас, по мнению новое исследование от Институт орнитологии Макса Планка , исследователи наконец нашли доказательства того, что птицы действительно спят во время полета.
Исследование Frigatebird
Возглавляет нейрофизиолог Нильс Раттенборг , международная группа исследователей, которая провела исследование, провела время на Галапагосских островах, наблюдая за мозговой активностью большие фрегаты (Фрегата минор) . Большой фрегат — это вид крупных морских птиц, которые может проводить недели в беспосадочных перелетах над океаном в поисках еды.
Чтобы записать мозговую активность, команда прикрепила небольшое устройство к головам фрегатов, когда они еще находились на суше. Устройство использовало электроэнцефалографию (ЭЭГ), чтобы определить, спали ли птицы, когда они пролетали над океаном, и когда. Примерно через 10 дней беспосадочного полета птицы вернулись на землю, и исследователи вспомнили устройства, чтобы наблюдать за результатами.
Полумозговый полет
Команда предсказала, что летающие фрегаты будут демонстрировать однополушарный медленный волновой сон (USWS), явление, при котором животные спят одновременно только с одним полушарием мозга, что позволяет им держать один глаз открытым, чтобы следить за потенциальными угрозы. Птицы любят утку крякву (Анас плоскогубный) используйте USWS на суше, чтобы быть в курсе хищников. У дельфинов также есть наблюдалась демонстрация USWS , позволяя им спать, пока они все еще плавают. Как и предполагалось, было обнаружено, что фрегаты использовали USWS во время полета, оставляя один глаз открытым, когда они кружили над океаном. «Фрегаты могут следить за другими птицами, чтобы предотвратить столкновения, так же как утки следят за хищниками», — объяснил Раттенборг.
Полет с закрытыми глазами
Также было обнаружено, что у фрегатов наблюдается биополушарный сон, при котором оба полушария мозга спят одновременно. Это означает, что птицы-фрегаты могут летать с закрытыми глазами. Наблюдаемые птицы даже испытали короткие приступы быстрое движение глаз (REM) сон , хотя длились они всего несколько секунд. Во время быстрого сна мышечный тонус снижается, в результате чего головы птиц опускаются. Несмотря на это снижение мышечного тонуса, не было обнаружено, что быстрый сон влияет на режим полета птиц.
Общее количество сна
Хотя во время полета фрегаты спали недолго, большую часть полета они не спали. На суше фрегаты могут спать более 12 часов за один день. Однако во время полета они проводили во сне менее 3% своего времени, в среднем около 42 минут в день. Во время полета сон также происходил почти исключительно ночью, хотя фрегаты на суше могут спать днем.
Раттенборг и его команда были взволнованы результатами исследования, но озадачены способностью фрегата функционировать при таком небольшом количестве сна. «Почему они так мало спят в полете, даже ночью, когда редко собирают корм, остается неясным», — признал Раттенборг. «Почему мы и многие другие животные сильно страдаем от недосыпания, в то время как некоторые птицы способны адаптироваться к гораздо меньшему количеству сна, остается загадкой».
Источник
Фрегаты способны спать на лету
—> +7 926 604 54 63 address
Мы знаем, что несколько видов птиц способны путешествовать на огромные расстояния без остановок. Это дало повод предположить, что они должны дремать в середине полёта. Большой фрегат, например, может лететь непрерывно в течение двух месяцев. С другой стороны, самец кулика-дутыша может долго не спать во время сезона размножения. Сопоставление этих двух фактов позволяет предположить, что птицы способны бодрствовать целые недели и даже месяцы во время длительных перелётов.
Чтобы проверить это предположение, Нильс Раттенборг (Niels Rattenborg) из Института орнитологии Общества Макса Планка (нем. Max-Planck-Institut für Ornithologie) в Зеевизене, Германия, и его коллеги имплантировали небольшие регистраторы активности мозга и геолокаторы 14 особям большого фрегата.
Выяснилось, что во время длительных перелётов птицы спали в среднем 41 минуту в день, короткими периодами около 12 секунд каждый. На суше они, наоборот, спали больше 12 часов в день. Фрегаты в полёте обычно используют одно полушарие, но иногда у них спят оба полушария.
«Некоторые люди думали, что сон фрегатов всегда должен быть «однополушарным», иначе они бы падали с неба, — говорит Раттенборг. — Но это не так — спать могут оба полушария, и они просто продолжают парить».
Как правило, фрегаты спят, кружа в восходящих воздушных потоках, когда им не нужно махать крыльями. В это время, полушарие, связанное с глазом, обращённым к направлению поворота, скорее всего, бодрствует. «Возможно, это нужно, чтобы избегать столкновений с другими птицами, спящими в том же воздушном потоке, — предполагает Раттенборг. — Мне это было интересно, потому что это похоже на то, что мы наблюдали у крякв. Когда они спят в группе, особи на краю группы держат один глаз открытым, следя за тем, что происходит снаружи».
Способность фрегатов выживать в течение длительного времени, тратя на сон меньше часа в день, удивительна, учитывая, как нехватка сна пагубно влияет на другие виды, отмечает Раттенборг.
Неясно, как фрегаты справляются с нехваткой сна, но учёные планируют изучить других странствующих птиц, чтобы узнать, насколько распространена эта особенность и каков её механизм. «Если мы сможем определить, как им удаётся так мало спать, это могло бы дать нам понимание последствий потери сна у людей и других животных», — говорит Раттенборг.
Фрегаты не могут плавать на поверхности океана, так как у них нет водонепроницаемых перьев, поэтому способность резко сокращать время сна могла развиться из необходимости, говорит Джон Леску (John Lesku) из Университета Ла Троба (La Trobe University), Австралия. «Если вы птица, проводящая жизнь на море, но не можете приводниться на его поверхность, это действительно единственный вариант», — поясняет он.
Тот факт, что эти птицы могут вообще отключаться в рискованной ситуации полёта, указывает на незаменимый характер сна, говорит Леску. «Это показывает, что он всё ещё имеет важную функцию и эволюция не нашла способа полностью от него избавиться».
(лат. Fregata minor) — птица семейства фрегатовые, обитающая на островах тропической части Тихого, Индийского и Атлантического океанов. Длина тела — 85—105 см, размах крыльев 205—230 см. Гнездится крупными колониями на океанических островах, вне периода размножения держится вдали от суши. Перед началом брачного периода на горле у самцов развивается большой ярко-алый кожистый мешок. Во время ухаживания самец раздувает его, издавая при этом звуки, привлекающие самок. Питается головоногими моллюсками и рыбой, часто отнимает добычу у других птиц.
Источник