Вопрос «Спят ли птицы на лету?» кажется нелепым: ведь птице нужно работать крыльями и одновременно смотреть, куда летишь. Какой тут сон! Это всё равно что спросить у спортсмена, может ли он заснуть на бегу. Само собой разумеется, чтобы поспать, птицам надо куда-нибудь сесть, и мы часто видим голубей, воробьёв, ворон, уток спящими на деревьях, проводах или просто на земле.
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 ) - 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.
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.
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…
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.
Способность птиц засыпать во время полёта. Об этом умении пернатых подозревали уже давно, но только сейчас её смогли доказать. Интересно, что новое исследование также показывает, что способ немного вздремнуть в полёте гораздо более необычен, чем предполагалось.
Открытие, по словам исследователей, наконец-то поможет объяснить, как птицам удаётся летать в течение нескольких дней (или даже недель) и не уставать.
Орнитологи не до конца понимали, что именно происходит с птицами во время полёта: то ли они бодрствуют на протяжении всего путешествия, то ли используют только одно полушарие мозга, в то время как другое отдыхает. Так, например, было установлено, что утки способны погружаться в сон только одним полушарием , чтобы даже во сне оставаться бдительными и вовремя заметить приближение хищника. Ранее та же особенность наблюдалась и у дельфинов. Кстати, .
В новом исследовании немецкие учёные измерили активность мозга фрегаты - морской птицы, которая, как известно, способна неделями летать над океаном в поисках рыбы. Команда разработала небольшое устройство, которое отслеживало электроэнцефалографические изменения активности мозга птиц. Аппарат, который они прозвали "лётный самописец", прикрепили к 15 взрослым самкам фрегат. Устройство могло фиксировать медленный сон (slow wave sleep) и фазы быстрого сна (rapid eye movement sleep).
Команда наблюдала за активностью мозга на протяжении десяти дней, во время которых птицы пролетели порядка трёх тысяч километров. Кроме того, встроенный датчик GPS отслеживал положение птиц и высоту полёта. После того, как пернатые вернулись, орнитологи собрали "лётные самописцы" для анализа данных записей и очень удивились полученным результатам.
В течение дня птицы бодрствовали и активно искали рыбу, но как только Солнце садилось, птицы переходили в стадию медленного сна и при этом продолжали летать. Правда, длился такой сон всего несколько минут.
Чаще всего птицы использовали только одно полушарие во время сна, что исследователи и ожидали обнаружить. Но электроэнцефалографические показатели также зафиксировали, что и оба полушария сразу могли впадать в фазу медленного сна в одно и то же время, что неожиданно предполагает: птицы в состоянии управлять полётом даже когда весь мозг находится в "спящем режиме".
Полноценный медленный сон, как правило, происходил во время того, как птицы кружили в восходящих воздушных потоках и им не нужно махать крыльями.
Но, пожалуй, самым большим сюрпризом оказался тот факт, что, несмотря на эту уникальную возможность, сами фрегаты довольствовались в большинстве случаев коротким сном. Он длился не более одного часа в день - в среднем всего 42 минуты. Это менее 10% времени, которое птицы тратят на сон на земле.
Учёные пока не понимают, почему так происходит: предстоит ещё много исследований. "Почему они спят так мало в полёте даже ночью, когда они редко находят корм - для нас это загадка", — говорит автор исследования Нильс Раттенборг (Niels Rattenborg).
По мнению специалистов, изучение этого вопроса в будущем поможет и людям. "До конца неизвестно, почему мы, как и многие животные, в то время как некоторые птицы могут не спать долгое время", — уточняет Раттенборг.