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.
Роман Фишман