От сна полмозга в полёте до четырёхсекундных микроснов, помогающих справиться с родительством, эти животные выработали хитрые способы урвать хоть немного сна.
Каждому животному с мозгом нужен сон — и даже некоторым без него. Спят люди, спят птицы, спят киты и даже медузы.
Сон — явление универсальное, «хотя на самом деле это очень рискованно», — говорит Поль-Антуан Либурель, исследователь Центра исследований нейронаук в Лионе (Франция).
Когда животные клюют носом, они наиболее уязвимы для хитрых хищников. Но, несмотря на риски, потребность во сне столь велика, что ни одно существо не может полностью от него отказаться, даже когда это крайне неудобно.
Животные, которым приходится выживать в экстремальных условиях и средах, эволюционно приспособились спать в экстремальных формах — например, красть по несколько секунд во время круглосуточного ухода за потомством, дремать на лету во время длительных миграций и даже дремать во время плавания.
Долгое время учёные могли лишь делать обоснованные предположения о том, когда дикие животные спят, наблюдая, когда они лежат неподвижно и закрывают глаза. Но в последние годы крошечные трекеры и шлемы, измеряющие мозговые волны — миниатюрированные версии оборудования в человеческих лабораториях сна — позволили исследователям впервые заглянуть в разнообразные и порой поразительные способы, которыми дикие животные дремлют.
«Мы выясняем, что сон действительно гибко реагирует на экологические требования», — говорит Нильс Раттенборг, специалист по исследованию сна животных из Института биологического интеллекта Общества Макса Планка в Германии.
Это — зарождающаяся наука об «экстремальном сне».
Шлемоносные пингвины и их «микросон»
Возьмём шлемоносных пингвинов в Антарктике, которых изучает Либурель.
Эти пингвины образуют пары на всю жизнь и делят родительские обязанности: один «нянчит» яйцо или серого пушистого птенца, согревая и оберегая его, пока другой уплывает за рыбой для семейного обеда. Затем они меняются ролями — и поддерживают этот беспрерывный труд неделями.
Родители-пингвины сталкиваются с типичной проблемой: как выспаться, не спуская глаз с новорождённых.
Их спасают тысячи коротких дремок в сутки — каждая в среднем длится всего четыре секунды.
Эти короткие «микросны», как называет их биолог Корейского полярного исследовательского института Вон Ён Ли, похоже, вполне достаточны, чтобы родители-пингвины неделями справлялись со своими обязанностями в густонаселённых, шумных колониях.
Когда рядом проходит неуклюжий сосед или поблизости оказываются хищные морские птицы, родитель-пингвин моргает, чтобы насторожиться, и вскоре снова клюёт носом: его подбородок опускается на грудь, как у сонного водителя.
Дремы складываются. Каждый пингвин в сумме спит по 11 часов в сутки, как выяснили учёные, измеряя активность мозга у 14 взрослых особей на протяжении 11 дней на острове Кинг-Джордж в Антарктике.
Чтобы оставаться преимущественно настороже и при этом набрать достаточно сна, пингвины развили завидную способность функционировать на крайне фрагментированном сне — по крайней мере в сезон размножения.
Учёные теперь могут видеть, когда спит одно из полушарий мозга — или оба сразу.
Фрегаты спят в полёте половиной мозга
Поэты, моряки и любители птиц давно задавались вопросом, успевают ли птицы, летающие месяцами подряд, хоть немного поспать «на крыле».
В некоторых случаях ответ утвердительный — как выяснили учёные, когда прикрепили к головам крупных морских птиц, гнездящихся на Галапагосских островах, устройства для измерения активности мозговых волн — у больших фрегатов.
Во время полёта фрегаты могут спать поочерёдно одним полушарием мозга. Второе остаётся полубдительным, чтобы один глаз продолжал следить за препятствиями на их пути.
Это позволяет птицам парить неделями, не касаясь ни суши, ни воды, соприкосновение с которой повредило бы их тонкие, неводоотталкивающие перья.
Фрегаты не способны выполнять сложные манёвры — махать крыльями, добывать пищу или нырять — лишь с половиной мозга. Когда они бросаются за добычей, им нужно быть полностью бодрствующими. Но в полёте они приспособились спать во время планирования и подъёма на мощных потоках тёплого восходящего воздуха, которые удерживают их в небе при минимальных усилиях.
Возвращаясь к гнёздам на деревьях или в кустах, фрегаты меняют режим отдыха: чаще спят сразу всем мозгом и гораздо дольше. Это говорит о том, что их «воздушный» сон — специфическая адаптация к длительным перелётам, отмечает Раттенборг.
У нескольких других животных есть похожие приёмы сна. Дельфины могут спать поочерёдно одним полушарием мозга во время плавания. Некоторые другие птицы, включая стрижей и альбатросов, тоже способны спать в полёте, говорят учёные.
Как установили другие исследователи, фрегаты способны пролетать по 410 километров в день более 40 дней подряд, прежде чем коснуться суши — подвиг, невозможный без умения спать на крыле.
Морские слоны дремлют во время глубоких погружений
На суше жизнь у северного морского слона весом 2 200 кг нетрудна. А в море сон опасен — вокруг рыщут акулы и косатки, охотящиеся на морских слонов.
Эти животные отправляются в длительные кормовые походы — до восьми месяцев, многократно ныряя на глубину в несколько сотен метров, чтобы ловить рыбу, кальмаров, скатов и прочие морские лакомства.
Каждое глубокое погружение может длиться около 30 минут. И примерно треть этого времени морские слоны могут спать, как показало исследование под руководством Джессики Кендалл-Бар из Института океанографии Скриппса.
Команда Кендалл-Бар разработала неопреновую шапочку, похожую на плавательную, с оборудованием для регистрации движения и активности мозга морских слонов во время погружений, и извлекала шапочки с записанными данными, когда животные возвращались на пляжи Северной Калифорнии.
Исследованные 13 самок чаще всего спали на самых глубоких участках своих погружений, ниже тех глубин, где обычно патрулируют хищники.
Этот сон включал как медленноволновую фазу, так и REM‑сон. Во время REM, то есть сна с быстрыми движениями глаз, морские слоны были временно парализованы — как и люди на этом этапе глубокого сна — и характер их погружения менялся. Вместо контролируемого плавного снижения они иногда переворачивались вверх брюхом и закручивались в то, что исследователи назвали «спиралью сна».
За сутки морские слоны в море спали суммарно около двух часов. (На берегу — около 10 часов.)
Запутанная эволюция сна
Учёные всё ещё выясняют причины, почему мы спим, — и сколько сна нам действительно требуется.
Маловероятно, что уставший человек сможет примерить на себя эти экстремальные животные приёмы сна. Но изучение того, насколько разнообразной бывает дрема в дикой природе, показывает гибкость некоторых видов. Природа эволюционировала так, чтобы возможность хоть немного поспать сохранялась даже в самых рискованных ситуациях.