какая птица может спать на лету
Почему некоторые птицы готовы пожертвовать своей жизнью во имя сна?
Пожалуй, у каждого из нас хотя бы однажды в жизни было такое состояние, при котором мы были бы готовы отдать все, что имеем, лишь бы только оказаться в теплой и уютной постели после тяжелого рабочего дня. Как сообщается в журнале Current Biology, не только человеческие особи обладают таким свойством. Совсем недавно было обнаружено, что некоторые перелетные птицы готовы поплатиться даже своей жизнью просто за то, чтобы вздремнуть. Почему же они так поступают? Что же, давайте попробуем разобраться вместе.
Спят ли птицы в полете?
Когда вы едете на машине во время долгого путешествия, у вас всегда есть возможность как следует отдохнуть в придорожном отеле или хотя бы в собственном авто. К большому сожалению, у птиц такой возможности нет. Но даже несмотря на этот печальный факт, большинство птиц давно приспособилось ко сну во время длительного перелета. Так, стрижи научились спать прямо во время полета! Кроме того, эти удивительные существа первые несколько лет своей жизни проводят постоянно находясь в воздухе. На землю стрижи возвращаются только тогда, когда им будет необходимо выводить птенцов.
Другим эволюционным путем пошли, а вернее, полетели, аисты. Для того, чтобы преодолеть большое расстояние с минимальными временными потерями, эти птицы также приспособились ко сну в воздухе, но с одним небольшим “но”. Так, для того, чтобы как следует выспаться во время перелета, самые уставшие аисты перестраиваются в середину клина и частично засыпают, ориентируясь во сне на крики своих собратьев. Когда спустя 10-15 минут (именно столько времени этим птицам хватает на отдых) аисты просыпаются, следующая партия аистов сменяет отдохнувших и засыпает в центре клина.
Аисты могут спать во время полета
Кстати говоря, сколько времени вы тратите на сон в сутки? Поделитесь любопытной историей взаимоотношений себя и своей подушки в нашем Telegram-чате или на официальном канале в Яндекс.Дзен.
Зачем птицы жертвуют своей жизнью ради сна?
Согласно мнению ученых-орнитологов, многие мигрирующие певчие птицы предпочитают спать на земле с головой, спрятанной под перьями. Таким простым образом многие виды птиц способны длительное время сохранять тепло и энергию, однако при этом постоянно подвергаясь опасности быть атакованными наземными хищниками. Кроме того, исследователями было доказано, что столь опасную для сна позу принимают те птицы, которые по каким-то причинам лишены внутренней жировой прослойки или птицы, крайне истощенные полетом.
Перелетные птицы часто рискуют своей безопасностью для того, чтобы сохранить энергию
Несмотря на гораздо более спокойное положение во время сна, кажущаяся удобной поза на самом деле сильно замедляет реакцию птиц на звук потенциальной опасности. Птицы, пребывающие в несколько лучшей форме, чаще всего спят с головой, обращенной вперед, оставаясь при этом более бдительными перед лицом возможной угрозы.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Исследование ученых показало, что погодные явления, которые усиливаются в результате глобального потепления климата, активизируют неизлечимое аутоимунное заболевание. У пациентов начинает прогрессировать рассеянный склероз, усиливаются его симптомы.
Во всех диетических продуктах вместо сахара используются искусственные подсластители. 🍬 Как правило, им является сахарин, который в составе упоминается как Е 954. Это вещество было изобретено совершенно случайно и как вы думаете, полезно ли оно?
В Японии найден вирус, который повышает температуру тела, нарушает аппетит и приводит к болезням печени. 🦠 Ученые дали новому вирусу название Эдзо и на данный момент следят за его распространением. Насколько он опасен для жизни людей?
Спят ли птицы на лету?
Но среди пернатых есть такие, которые совершают очень долгие перелёты и вообще чувствуют себя в воздухе лучше, чем на земле. Это, например, стрижи. Перелётные виды стрижей мигрируют на тысячи и тысячи километров. На земле их можно увидеть только тогда, когда они высиживают яйца. Стрижиные лапки так коротки, что ходить по земле они не могут.
Несколько лет назад исследователи из Швейцарского орнитологического института, желая узнать больше о поведении этих птиц во время перелётов, прикрепили к нескольким белобрюхим стрижам специальные датчики, которые записывали все перемещения пернатых и при этом были достаточно маленькими и лёгкими, чтобы никак их не стеснять. Оказалось, что во время зимовки стрижи вообще не садятся на землю. Более двухсот дней они безостановочно летают над Западной Африкой и вряд ли всё это время проводят без сна.
Другой пример длительного беспосадочного перелёта демонстрируют большие фрегаты. Вся их жизнь связана с морем и побережьем, однако плавать и нырять они не умеют. Рыбу фрегаты выхватывают с поверхности воды, следуя за водными хищниками, гоняющими косяки рыб, и за течениями, выносящими что-нибудь съедобное из морских глубин.
Летом нынешнего года в журнале «Science» была опубликована статья, авторы которой утверждали, что фрегаты способны провести в воздухе без посадки два месяца. Энергии они тратят мало: пользуясь восходящими потоками воздуха, птицы поднимаются на высоту до 4 км и оттуда медленно, в течение нескольких часов, снижаются. Скорее всего, им удаётся вздремнуть во время парения, но, чтобы убедиться в этом со всей определённостью, а не по косвенным свидетельствам, нужно регистрировать сигналы активности мозга у летящей птицы.
Подобный, казалось бы, невозможный эксперимент всё-таки удалось провести. Исследователи из Орнитологического института Общества Макса Планка и Цюрихского университета разработали устройство, регистрирующее электрические ритмы мозга фрегата, положение его головы, манеру полёта (планирует птица или машет крыльями), скорость и направление движения. Прибор сделали небольшим, чтобы можно было надеть его на голову птицы, не причиняя ей беспокойства. Для эксперимента отобрали пятнадцать взрослых самок с Галапагосских островов, которым как раз пришла пора выкармливать птенцов. В течение нескольких дней птицы кормились над океаном (расстояние, которое они в сумме покрыли за это время, составило около 3000 км), а потом возвращались на берег, где их снова ловили и снимали с головы устройство слежения с записанными данными.
Что же это за данные? Как мы помним, сон состоит из двух продолжительных фаз, отличающихся не только по электрической активности мозга, но и по общей физиологии: медленной, которая сама по себе распадается на несколько стадий, и быстрой, или REM-фазы (от английского выражения «rapid eye movements» — быстрые движения глаз). В быстрой фазе сна, в отличие от медленной, глаза начинают двигаться под веками, меняется дыхание и частота сердечных сокращений, а мозговые ритмы выглядят так, будто мозг бодрствует. В статье в «Nature Communications», опубликованной в августе нынешнего года, говорилось, что днём фрегаты не спали, а вот с наступлением ночи в их мозге появлялись ритмы медленного сна. «Сонные» ритмы у птиц возникали большей частью только в одном полушарии, но порой «засыпали» оба полушария одновременно.
Однополушарный сон, когда полушария спят по очереди, — не такая уж редкость. Так спят некоторые водные млекопитающие (тюлени, дельфины, ламантины) и некоторые птицы. Та часть мозга, которая бодрствует, помогает плыть, если это водный зверь, или просто следит за тем, что происходит вокруг. Например, в птичьей стае особи, которые находятся с краю, во время сна держат один глаз открытым, чтобы вовремя заметить приближающегося хищника (понятно, что именно бодрствующее полушарие связано с открытым глазом). Какое-то подобие однополушарного сна есть и у людей (см. «Наука и жизнь» № 8, 2016 г., статья «Сон на новом месте») — он включается, когда нам приходится спать на новом месте. Правда, в отличие от животных, полушария мозга человека не сменяют друг друга «на посту», то есть бодрствующее полушарие бодрствует до самого утра.
Над океаном фрегаты могут не бояться хищников, однако им нужно поддерживать правильное направление полёта. Поднимаясь по спирали на восходящих потоках воздуха, они держат открытым тот глаз, который смотрит в направлении поворота. Соответственно распределяются и обязанности полушарий: какому сейчас спать, а какому — нет. Довольно редко медленный сон сменяется у фрегатов быстрым, который длится всего несколько секунд.
Быстрый сон у млекопитающих и у птиц разный. У зверей он длится от нескольких минут до нескольких десятков минут и сопровождается полным расслаблением мышц. У пернатых быстрый сон намного короче, и при этом они каким-то образом сохраняют тонус в некоторых мышцах. Например, несмотря на быстрый сон, птицы могут продолжать стоять на одной ноге. Фрегаты во время быстрого сна хотя и роняли голову вниз, но не сбивались с курса. В сумме, однако, фрегаты спят на лету мало, всего 42 минуты в сутки, тогда как на земле они тратят на сон иногда по 20 часов. Периоды «земного сна» у фрегатов длятся дольше, а сам сон делается глубже, чем в воздухе, — вероятно, всё-таки сказывается хроническая нехватка сна во время полёта. Вполне возможно, что и другие птицы, проводящие в полёте по несколько дней, спят таким же образом — по чуть-чуть — и выключают полушария по отдельности.
Какая птица может спать на лету?
Для того чтобы заснуть, птице не обязательно ложиться, она может спать и стоя, и сидя на яйцах. Кроме того, многие птицы спят на лету. Иначе во время трансокеанических перелетов и без того измученной птице пришлось бы еще и без сна обходиться. Мигрирующие птицы спят так: каждые 10-15 минут в середину стаи залетает одна из птиц и чуть-чуть шевелит крыльями. Ее несет воздушный поток, создаваемый всей стаей. Потом ее место занимает другая птица. Могут птицы спать не только на лету, но и «на плаву» : утки спят, не вылезая на берег. А попугаи спят, повиснув на ветке вниз головой.
Большинство птиц спит стоя, спрятав голову под крыло и иногда поджав одну ногу. Но некоторые птицы способны СПАТЬ НА ЛЕТУ! Например, аисты. Довольно долго орнитологи думали, что перед отлетом в южные края аисты стараются выспаться, но, как выяснилось, за несколько недель до отлета их охватывает дорожная лихорадка, и они возбуждаются сильнее, чем человек, упаковывающий свои чемоданы перед отъездом в отпуск. Только изредка они бросают свои дела, чтобы немного подремать. За это время они теряют в весе. Чтобы узнать, спят ли они в полете, орнитологи прикрепили трем аистам на груди приборы, записывающие работу их сердца, крыльев и кровеносной системы. Результаты записи передавались на бесшумно летевший неподалеку от птиц планер. Обнаружилось, что аисты в полете дремлют. Утомившийся аист перелетает в центр косяка и закрывает глаза. Слух у него при этом обостряется, спереди и сзади он слышит щелканье крыльев и не теряет направление и высоту. За десять минут аист набирается сил и перелетает в голову или в хвост косяка, уступая место другому. [ссылка заблокирована по решению администрации проекта]
Ученые доказали, что птицы могут спать в полете
Фрегат с прибором на голове
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.
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.
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 Nature Communications.
Способность птиц спать на лету доказали энцефалограммой
Самка большого фрегата с размещенными на голове и спине инструментами
Niels Rattenborg et al., 2016
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.
Расположение датчиков ЭЭГ: красным показаны измеряющие электроды на обоих полушариях головного мозга птицы, зеленым – заземляющий
Niels Rattenborg et al., 2016
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.