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.
Учёные из Института орнитологии Макса Планка впервые наблюдали 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.
Фрегаты могут спать на лету, отключая то одно полушарие мозга, то сразу два.
Фотография B. Voirin.
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, люди делают то же самое, когда засыпают на новом месте.
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, сильно страдаем от потери сна, в то время как некоторые птицы могут не спать долгое время", — уточняет Раттенборг.
Научная статья по результатам исследования опубликована в издании Nature Сommunications.
Сколько рядом с человеком находится удивительных существ! Насекомые, птицы, животные, микроорганизмы. Это наши меньшие братья, о которых мы порой забываем. А они помогают нам, кормят, радуют глаз и слух. Сейчас хотелось бы поговорить о птицах.
Немного лирики
«О чем поешь, ночная птица?» - это выражение стало крылатым, благодаря песне Константина Никольского. Люди часто в своем творчестве обращаются к теме птиц. Ну не дают покоя их крылья, ощущение свободы полета, благородство и красота! Так сильно манят человека эти дивные существа!
У поэтов и писателей часто можно встретить: «руки-крылья», «как птица в клетке», «отчего люди не летают?» и прочие выражения.
Конкретно изучением жизни птиц занимаются ученые-орнитологи. Пернатые друзья по особенностям зрительного восприятия делятся на два основных типа: дневные и ночные птицы. Деление это достаточно условное. Ночных хищных птиц, на самом деле, не так уж и много.
Сова
Сова - ночная птица (кто же об этом не знает). После нее можно назвать малоизвестную ночную птицу козодоев, также мало кто встречал квакву и авдотку.
Зрение у них устроено по-особому. Ночные птицы хорошо видят в темноте, в строении их глаз отмечают следующее: трубчатая структура, незначительное количество цветовых рецепторов. Кроме того, в них имеется очень сильная цилиарная мышца, задача которой - мгновенно изменять хрусталик от округлой формы до тонкой щелочки.
Еще у ночных птиц, кроме двух привычных век, на глазах есть дополнительное веко, а вернее - мембрана. Все эти природные приспособления помогают птице охотится ночью и защитить глаза от неожиданных перепадов освещения. Клюв у хищных птиц прочный, твердый, часто загнутый на конце. На ногах острые когти достаточно крупного размера.
Рассмотрим как охотятся ночные птицы на примере сов. Это типичные ночные птицы. Они это делают очень своеобразно. У совы имеется некая лицевая пластина, с фронтально расположенными глазами. Эта пластина является своеобразным экраном или радаром для более точного улавливания звуков. Сова не может смотреть в стороны и поворачивает голову целиком, создавая локацию для звука.
Размах крыльев большой, тело плотное, сильное. Сова, услышав малейший писк, издаваемый грызуном, как бы напрягает этот самый лицевой диск и определяет направление к своей добыче с огромной точностью. Потом устремляется в нужную сторону. Благодаря очень мягкому оперению, хищник летит едва слышно, причем в полете может на долю мгновения приостановиться, уточнив траекторию движения.
Настигнув жертву, сова хватает ее лапками, слегка отклонив туловище назад. Питаются совы, в основном, грызунами. Но некоторые крупные виды могут «полакомиться» зайцем, уткой или вороной. В природе встречается несколько видов сов, вот их краткий список:
- ушастая сова;
- филин;
- совка и другие.
Выделяют примерно 140 видов этих птиц. По весу совы бывают от 0,5 кг до 4,5 кг и более. Встречаются они в разных уголках планеты. Ушастую сову можно встретить в Евразии (лесная зона), а также в Северной Америке.
Живут совы на деревьях, в гнездах, оставленных другими птицами. Полярная сова (или белая) живет на побережье и островах Северного ледовитого океана. Очень крупное тело (до 160 см), питается, преимущественно леммингами.
Дневные птицы
В отряде дневных птиц орнитологи насчитывают 270 видов! Самые известные из них: соколы, ястребы, канюки, орланы. Внешний вид этих птиц весьма впечатляющий. Почти половина головы - это клюв, сильное туловище и очень мощные когти. Выглядит красиво и устрашающе. Человек издавна пытался приручить хищников, приспособить их для охоты. Надо сказать, успешно!
Соколиная охота
Соколиная охота популярна среди ценителей и в наше время. Изготавливаются для такой охоты специальные перчатки, на которых сидит птица (чтобы не поранить человека), шапочка на голову сокола. У хищных дневных птиц особенно острое зрение. Их глаза очень напоминают глаза рептилий, расположены по бокам головы. Они большие по размеру и способны фокусировать зрение, наводя его на жертву с огромной высоты. Строение глаза таково, что изображение жертвы как будто увеличивается. Столь необычная «оптика» вызывает восхищение!
Сапсан - «ясный сокол»
Одним из самых известных соколов является сапсан. Этот хищник исключительно красив, с черными глазами и рисунком надбровных дуг над ними. Он самый сильный и быстрый. Сапсан, охотясь, «пикирует» на свою жертву с огромной скоростью (230 км\час). Может схватить ее когтями. А если добыча крупная, сапсан сбивает ее острыми выступами когтей и подхватывает на лету. Излюбленный комплимент юноше на Руси - «ясный сокол» говорился недаром, он намекал на множество мужских качеств! К сожалению, сапсан практически истреблен, его занесли в красную книгу, как и многих других птиц.
Распространенные дневные хищники
Эти птицы благородные. В неволе живут недолго. Интересно то, что у многих представителей видов птиц встречаются моногамные пары. Дневные хищники более распространены, нежели ночные. Рассмотрим небольшой список:
- Канюк мохноногий, встречается в тундровой и лесотундровой зонах в России. Строит себе гнезда на обрывах берега или в деревьях. Пищей для канюка в этой зоне являются мыши и лемминги.
- Белохвостый орлан - наиболее крупная хищная птица в России, похож на беркута. Орлан стремится поселиться вблизи людей, водоемов. Питается рыбой, водоплавающей домашней и дикой птицей.
- Ястреб. Этих птиц считают «санитарами леса». Они могут питаться падалью, тем самым принося пользу природе. Но также ястребы охотятся на белок, зайцев, рыбу.
Не хищные птицы
На земле насчитывается огромное количество видов птиц - 9800! Наиболее милое создание - это птичка киви. Она самая маленькая и питается цветочной пыльцой и нектаром. Какие еще птицы, не относящиеся к хищным наиболее известны? Набросаем короткий перечень: аисты, лебеди, гуси, утки, цапли, вороны, грачи, воробьи, галки, синицы… В этой статье нет возможности перечислить и описать всех. Они ведут дневной образ жизни, доступны человеку для изучения и нуждаются в его помощи.
Интересным фактом природы является то, что деление «дневные и ночные птицы» весьма приблизительно. Неоднократно учеными-орнитологами и обычными людьми было замечено, что ночные птицы вполне комфортно чувствуют себя и при дневном освещении. В строении их глаз природа предусмотрела защитную пленку - дополнительное веко, которое сохраняет сетчатку от избыточного дневного света. Также их зрачок способен сузиться до чрезвычайно тонкой щелочки. Сова отлично сможет преследовать жертву и днем. А чайки, например, легко переходят с дневного на сумеречный режим. Это обычно происходит в мае, во время массового появления майских жуков.
Органы зрения птиц, обитающих на ледяных берегах Арктики и Антарктиды очень легко подстраиваются под длительный полярный день и такую же полярную ночь (вернее сказать, «полярные сумерки»). Чириканье птиц можно услышать, например, летом, с наступлением темноты. И, наоборот, ночные птицы звуки могут издавать, бодрствуя в течение дня.
А осенью много мелких пташек устремляются к югу и они предпочитают делать это с наступлением темноты. Причем птицы могут спать прямо в полете, им не надо останавливаться для сна!
Истинно дневными птицами являются, разве что, куры. «Куриная слепота» настигает их сразу же с наступлением ночи.
И еще, из удивительного. Маленькие, проворные стрижи могут летать, не останавливаясь четыре года!
Самой первой птицей на Земле был археоптерикс. Вернее, это был гибрид рептилии и птицы.
1000 ударов в минуту совершает сердце птицы в полете! Пернатым есть, чем удивить человека.
Заключение
Так о чем же поет ночная птица? Этим вопросом задаются две категории людей: орнитологи и поэты. Первые записывают голоса птиц, исследуют их. Они пытаются понять, что означают эти звуки, какие информационные сигналы шлют нам наши пернатые друзья. Как они общаются между собой: выражают страх, просьбы о помощи, радость или тревогу.
А поэты более прямолинейны, они наслаждаются соловьиными трелями, а также щебетанием прочих птиц и пишут свои лирические произведения. В птичьих песнях им видится лишь любовь.
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.
