Некоторые птицы, как известно, способны совершать невероятно продолжительные перелеты, которые до сих пор оставались загадкой для ученых. Некоторые исследователи выдвигали предположение о том, что перелетные птицы каким-то образом умеют спать во время полета. Новый эксперимент, проведенный международной группой ученых, доказал эту теорию, продемонстрировав, что птицы действительно могут вздремнуть, продолжая полет за счет парения на восходящих воздушных потоках.
Следящие устройства надели фрегатам. Don Mammoser | Shutterstock
Результаты исследования Нилса Раттенборга (Niels Rattenborg ) 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.
Zixian | Shutterstock
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.
Вы когда-нибудь задавались вопросом о том, как спят животные? Например, как дремлют и спят птицы? Как у них это получается, ведь они преодолевают большие расстояния на протяжении нескольких дней или недель без «привалов»?
Птицы и млекопитающие имеют много общего в этом вопросе
Несколько удивительно, что птицы, которые имеют больше общего с рептилиями, в вопросах сна схожи с млекопитающими. На самом деле представители класса Птицы - единственные животные (не считая млекопитающих), которым свойственны медленные и быстрые фазы сна. Несмотря на эти общие черты, у них есть несколько уникальных особенностей.
Когда сон птиц изучали с помощью ЭЭГ для определения изменений активности головного мозга, были отмечены специфические изменения, которые говорят о смене фаз сна. В фазе медленного сна ЭЭГ демонстрирует высокое напряжение. Это же происходит и у других животных, включая человека.
Птицы могут спать с одним открытым глазом и во время полета
Птицы интересны тем, что во время медленного сна они могут спать с одним открытым глазом, впрочем, как и рептилии. Как это возможно? Это может быть связано с тем, что птицы и другие мигрирующие животные могут спать, в то время как одна половина мозга работает. Это явление называют полусферическим сном.
Закрыв всего один глаз, птица может спать и в то же время контролировать состояние окружающей ее среды, видеть приближение опасного хищника.
Исследования показывают: когда птицы чувствуют какую-либо опасность, они стараются спать с одним открытым глазом. Между прочим, по разным причинам люди также могут спать с открытыми глазами.
Такой сон, когда одна часть мозга активна, имеет определенные преимущества. По поводу защиты от хищников мы уже говорили. Но и другие виды деятельности могут быть улучшены за счет поддержания мозга в активном состоянии в течение длительных периодов времени. Например, это явление позволяет птицам спать во время полета и непрерывно лететь в течение многих дней, недель. И вовсе нет никакой необходимости приземляться, чтобы отдохнуть.
Что снится птицам?
У многих животных во время сна можно заметить быстрое движение глаз, и птицы не являются исключением. При наблюдении с помощи ЭЭГ было отмечено, что фаза быстрого сна напоминает бессонницу, как и у человека. Кроме того, наблюдаются такие признаки, как быстрые движения глаз, подергивание мышц, а также снижение температуры. Однако есть несколько значительных различий.
Во время типичной фазы быстрого сна мышцы находятся в расслабленном состоянии, тем самым препятствуя совершению тех действий, которые снятся. Если вам снится, что вы выпрыгиваете из окна, на самом деле вы не хотите это делать, находясь в бессознательном состоянии.
Сбои этого нормального состояния могут произойти в результате нарушения протекания быстрой фазы сна. Наблюдая за состоянием птиц с помощью ЭЭГ, во время быстрой фазы сна можно увидеть, что степень их мышечной активности высока, редко наблюдается расслабление или так называемый паралич мышц. Тем не менее следует все же отметить некоторое снижение мышечного тонуса. Например, когда птицы находятся в фазе быстрого сна, их голова немного наклонена.
Кроме того, у птиц фаза быстрого сна часто намного короче, чем у млекопитающих. Каждый эпизод краток, зачастую длится менее 10 секунд. Когда был оценен весь период сна птиц, сделали вывод, что большую часть своего сна они проводят в медленной фазе.
Заключение
У многих пернатых, но не у всех, периоды быстрого сна к утру становятся более длительными, это же происходит и у других животных. Наверное, никто не знает, что на самом деле птицы видят во сне, но можно было бы предположить, что они повторно переживают все события, которые происходили с ними на протяжении всего дня, как это происходит и у людей.
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
Если птицы созданы для полета, то стрижи - идеал такого творения. Лучше стрижа летать невозможно. Для большинства птиц полет остался самой тяжелой работой, требующей полной мобилизации всех ресурсов организма. Для стрижей это нормальное состояние и излюбленное занятие. Стрижи известны как самые быстрые птицы в мире. Они могут летать со скоростью 120км/ч, а черный стриж развивает скорость до 150 км/ч!
.jpg)
Более того, орнитологи утверждают, что эти птицы практически живут на лету: ловят и глотают насекомых, утоляют жажду, назначают свидания, справляют свадьбы, отдыхают, спят. Они проводят в небе по 24 часа в сутки более полугода, не приземляясь ни на секунду! Недавнее исследование ученых из Швейцарского орнитологического института, о котором пишут Nature и Bild der Wissenschaft, подтвердило эти заявления орнитологов о практически беспрерывной жизни стрижей в полете. Так, подтвердилось, что белобрюхие стрижи (Tachymarptis melba) могут находиться в воздухе во время ежегодной миграции, поиска пищи и ночевок в течение более 200 дней (6,7 месяцев), не садясь.
Во время исследования также было зафиксировано, что все жизненно важные физиологические процессы у этих птиц протекают в полете: стрижи спят во время полета и питаются насекомыми, которых они ловят на лету. Долгое время парить в воздухе, не затрачивая энергию на взмахи крыльев, птицы могут благодаря строению своего тела. «К нашему огромному изумлению, ночью птицы снижали свою активность и в основном скользили по воздуху, почти не делая взмахов крыльями, однако не было и намека на передышку или приземление. Таким образом птицы преодолели все расстояние в 2000 километров из Европы в Западную Африку без посадки», - заявил Феликс Лихти, руководитель группы ученых, изучавших жизнь стрижей.
Более того, перелетев в Африку, стрижи не стали приземляться на землю, чтобы спокойно поспать, заявили чрезвычайно удивленные такими уникальными летательными способностями птиц ученые. На протяжении всего времени пребывания на африканском континенте стрижи оставались в воздухе, заявили наблюдавшие за птицами орнитологи. В общей сложности до посадки белобрюхие стрижи пролетали 200 дней, то есть более полугода.
При этом исследователи предполагают, что стрижи на короткие мгновения засыпали во время продолжительных фаз ночного парения. По-видимому, стрижи могут контролировать свой полет во время сна. Возможно, они спят так же, как и дельфины, у которых одно из полушарий мозга всегда бодрствует, предполагают биологи. До этого открытия сон во время движения был зафиксирован только у морских обитателей. Для птиц это совершенно необычное поведение, отмечают швейцарские орнитологи.
Стриж - маленькая птичка с крупной головой и довольно большим ртом. Тело птички имеет обтекаемую продолговатую форму и длинные, заострённые крылья. Хвост короткий и вырезанный на конце. По внешнему виду стрижи очень схожи с ласточками и не сведущие люди их часто путают. Летают они прямо и стремительно, но не вертко. В полете издают громкие визжащие звуки. Длина тела белобрюхого стрижа составляет от 20 до 23 см, а размах крыльев от 51 до 58 см. Весит птица от 76 до 125 г.
У этих несравненных летунов очень маленькие и слабые ноги, они совершенно не приспособлены к хождению по земле. Вся жизнь стрижа проходит в полете, и если птица оказывается на земле, по которой она с трудом ползает, значит, у нее возникли какие - то проблемы. Да и не всегда стриж взлетит с земли: слишком длинные у него крылья и короткие лапы. Чтобы взлететь, стрижу необходим высокий насест.
Гнезда стрижей всегда расположены очень высоко: так, чтобы к ним можно было подлетать без помех.Стрижи гнездятся в дуплах деревьев и расселинах скал и имеют обыкновение влетать к себе в дом с самоубийственной лихостью. Скорость и траектория рассчитаны буквально с точностью до миллиметра и миллисекунды. Момент торможения человек не успевает заметить, поэтому картина выглядит так, словно птица на пугающей скорости врезается в ствол и исчезает внутри…
Некоторые птицы, как известно, способны совершать невероятно продолжительные перелеты, которые до сих пор оставались загадкой для ученых. Некоторые исследователи выдвигали предположение о том, что перелетные птицы каким-то образом умеют спать во время полета. Новый эксперимент, проведенный международной группой ученых, доказал эту теорию, продемонстрировав, что птицы действительно могут вздремнуть, продолжая полет за счет парения на восходящих воздушных потоках.
Следящие устройства надели фрегатам.
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.
