Птиците спят, докато летят от обществото на Макс Планк
Птиците фрегати спят в полет по подобен модел, както на сушата, но значително по-малко
За първи път е възможно да се изследват това и как птиците могат да спят в полет. Международен екип от изследователи, оглавяван от Нилс Ратенборг от Института по орнитология "Макс Планк" в Seewiesen, установи чрез измервания на мозъчната активност на птиците фрегати, че спят с двете половини на мозъка си едновременно или само с едната половина, докато летят. Въпреки че всички модели на сън се срещат и когато спят на сушата, животните дремят във въздуха само три четвърти час на ден. От друга страна, те спят над дванадесет часа на сушата. Все още е загадка как птиците лесно адаптират представянето си към тази липса на сън.
Птиците фрегати достигат размах на крилата над два метра. Те са отлични летци и могат да изминат стотици километри на ден.
Някои моряци, пойни птици, пясъчници и морски птици летят без прекъсване в продължение на няколко дни, седмици или дори месеци, докато пресичат земята. Обикновено се приемаше, че птиците трябва да спят по време на полет, тъй като липсата на сън засяга физиологичните процеси в тялото. Но как да спим, без да падаме от небето или да се сблъскаме с препятствия, които се появяват внезапно?
Полусън или буден в полет?
Една от възможностите би било да се спи само с едно полукълбо на мозъка, както Нилс Ратенборг открива при патици: Въпреки че обикновено спят с двете полукълба на мозъка, животните на ръба на група държат отвореното навън око. Съответната половина на мозъка е будна, докато половината, свързана със затвореното око, спи. Делфините също могат да плуват с половината от мозъка, който спи. Ето защо изследователите по-рано предполагаха, че птиците също разчитат на този тип автопилот в полет за навигация и поддържане на аеродинамичен контрол.
Но също така е възможно птиците да са намерили начин да заблудят съня си: Ратенборг и колегите му са забелязали, че птиците до голяма степен се въздържат от сън през целия размножителен сезон. Позволявате си само кратък дълбок сън от няколко секунди до минути от време на време. Удължените полети не е задължително да са доказателство за сън в полет, животните също биха могли да намалят или дори да спрат нуждата си от сън в полет. Без директно измерване на състоянието на мозъка, сънят в полет е чиста спекулация.
Измервателните устройства определят мозъчните вълни и движенията на главата
За да реши пъзела, Нилс Ратенборг се обедини с Алексей Висоцик от университета в Цюрих и ETH Цюрих. Той разработи малък регистратор на данни, който може да измерва промените в мозъчната активност, използвайки електроенцефалограми и движения на главата. По този начин учените успяха да разграничат фазите на събуждане и сън, които са открити при птици в покой: бавен сън (SWS) и сън с бързо движение на очите (REM).
В сътрудничество с Националния парк Галапагос и Себастиан Крус, изследовател на морски птици от Еквадор, учените се фокусираха върху птиците фрегати, които се размножават на Галапагоските острови. Този голям вид морски птици лети нон-стоп над океана в продължение на седмици, ловувайки летящи риби и октоподи, които са изтласкани на повърхността от хищни риби или китове. Изследователите прикрепиха мобилните измервателни устройства към главите на женските животни за известно време, преди да тръгнат на ловните си полети до 3000 километра, които продължиха до десет дни. В допълнение към мозъчните вълни в двете половини на мозъка, регистраторите на данни записват и движения на главата, а GPS устройство на гърба на животните записва надморската височина и тяхното положение.
След като птиците се върнаха на сушата и се възстановиха известно време, те бяха уловени и дървосекачите отстранени. Брайсън Войрин, научен сътрудник и втори водещ автор на изследването, казва: "Подобно на много животни на Галапагоските острови, птиците фрегати бяха изключително доверчиви и дори спяха, когато ги хванах за втори път."
Оценката показа, че птиците фрегати спят в полет по различни начини. През деня птиците оставали будни, за да търсят активно източници на храна. С настъпването на нощта мозъчните вълни формират модели на бавно-вълнен сън, продължаващи няколко минути, докато птиците се плъзгат. Изненадващо, бавновълновият сън се случва не само в едната половина на мозъка, но и в целия мозък. Така че вероятно не е необходимо половината мозък да се държи будна за аеродинамичен контрол. Въпреки това, в сравнение със сушата, само част от мозъка е по-вероятно да спи в полет.
Чрез оценка на данните за движението учените намериха обяснение за едносференния сън: Когато птиците използват издигащите се въздушни течения в кръгови движения, половината от мозъка, който е свързан с окото и гледа в посока на полета, обикновено остава буден. Хемисферата на мозъка, принадлежаща на обърнатото навън око, от друга страна, беше заспала, така че птиците трябва да са виждали къде летят. „Птиците фрегати държат едното си око отворено, за да предотвратят сблъсъци с други птици, точно като патиците, които следят за потенциални хищници“, казва Ратенборг.
В допълнение към бавновълновия сън в целия или половината мозък, учените измерват кратки прекъсвания във фазите на REM съня в редки случаи. За Ратенборг, като изследовател на съня на птиците, това не беше изненадващо. За разлика от бозайниците, при които фазите на REM сън са дълги и са свързани с пълна загуба на мускулен тонус, фазата на REM сън при птиците е само кратка. Освен това загубата на мускулен тонус при птиците може да доведе до увисване на главата, но те все още са в състояние да стоят изправени - дори само на един крак. Дори при REM-спящи фрегати, главата потъва в полет, но поведението на полета не се променя през това време.
Пълно внимание над морето денонощно
По време на полет фрегатите имат същите модели на сън като на сушата. Те обаче спят средно по 42 минути на ден в полет. Най-дългият непрекъснат сън, измерван от учените, продължи малко под шест минути. Обратно на сушата, животните спят над дванадесет часа на ден, като епизодите на съня също са по-дълги и по-дълбоки. Така че птиците фрегати са изключително сънливи в полет. "Защо птиците спят толкова малко в полет, дори през нощта, когато не ловуват, все още не е ясно", казва Ратенборг. Предишни проучвания показват, че птиците фрегати следват океанските течения в търсене на добри източници на храна, така че може би това е причина да бъдете будни. Интересното е, че липсата на сън в полет предполага, че екологичната среда над океана изисква повече внимание от това, което половин буден мозък може да събере.
Как птиците фрегати компенсират негативните ефекти върху организма, свързани с липсата на сън? Ние, хората, заспиваме след няколко часа загуба на сън зад волана, дори ако напълно осъзнаваме опасността и се борим да останем будни. „Защо ние, както и много други животни, страдаме толкова драматично от липсата на сън, докато някои птици изглежда се справят с много по-малко сън без проблеми, засега остава загадка“, казва Ратенборг. По-нататъшните изследвания тук биха могли да дадат нови прозрения в разбирането на съня и последиците от загубата му.