Могут ли птицы спать в полёте?

Среди пернатых встречаются виды, для которых воздух — родная стихия, и они проводят в полёте длительные периоды, чувствуя себя там увереннее, чем на земле. Яркий пример — стрижи. Мигрирующие виды этих птиц пролетают тысячи километров и на земле появляются лишь во время насиживания. Их лапки настолько коротки, что ходьба для них практически невозможна.

Несколько лет назад учёные из Швейцарского орнитологического института, чтобы лучше понять поведение стрижей в полёте, закрепили на некоторых белобрюхих стрижах миниатюрные датчики, фиксировавшие перемещения птиц и при этом не стеснявшие их. Оказалось, что в период зимовки стрижи почти не приземляются: более двухсот дней подряд они проводят в воздухе над Западной Африкой, и вряд ли всё это время обходятся без сна.

Другой пример долгих беспосадочных перелётов — большие фрегаты. Их образ жизни тесно связан с морем и побережьем, однако плавать и нырять они не умеют. Рыбу фрегаты выхватывают у поверхности воды, следуя за морскими хищниками, загоняющими косяки, и пользуясь потоками, приносящими корм из глубин.

Летом текущего года в журнале «Science» была опубликована работа, где утверждалось, что фрегаты способны держаться в воздухе без посадок до двух месяцев. Они экономят энергию, поднимаясь в восходящих потоках воздуха на высоту до 4 км, а затем медленно планируют вниз в течение нескольких часов. Вероятно, при таком парении птицы способны коротко дремать, но чтобы подтвердить это точно, требовалось зарегистрировать мозговую активность в полёте.

Такой, казалось бы, непростой эксперимент всё же провели. Исследователи из Орнитологического института Общества Макса Планка и Цюрихского университета создали прибор, фиксирующий электрические ритмы мозга фрегата, положение головы, режим полёта (планирование или машущие движения крыльев), скорость и направление. Устройство сделали достаточно лёгким, чтобы оно не мешало птице. Для опыта отобрали пятнадцать взрослых самок с Галапагосских островов в период кормления птенцов. В течение нескольких дней птицы охотились над океаном (в сумме пролетев около 3000 км), после чего возвращались на берег, где учёные снимали прибор и анализировали записанные данные.

Какие данные получили исследователи? Сон делится на две продолжительные фазы, различающиеся не только мозговой электрической активностью, но и физиологией: медленная фаза, включающая несколько стадий, и быстрая, REM-фаза (от английского выражения „rapid eye movements“ — быстрые движения глаз). При быстрой фазе глазные яблоки движутся под веками, изменяется дыхание и частота сердечных сокращений, а электрические ритмы мозга напоминают бодрствование. В статье в «Nature Communications», вышедшей в августе, сообщалось, что днём фрегаты почти не спят, тогда как ночью в их мозге появляются ритмы медленного сна. Эти «сонные» ритмы обычно возникали только в одном полушарии, но иногда одновременно засыпали оба полушария.

Однополушарный сон, когда полушария отдыхают по очереди, встречается не так редко. Так спят некоторые водные млекопитающие (тюлени, дельфины, ламантины) и отдельные птицы. Бодрствующее полушарие обеспечивает движение — например, плавание у морских зверей — или следит за окружением. В птичьих стаях особи на краю держат один глаз открытым во сне, чтобы заметить хищника; связано это именно с активностью соответствующего полушария. У людей наблюдается нечто похожее — так называемый «сон на новом месте» (см. «Наука и жизнь» № 8, 2016, статья «Сон на новом месте») — но у нас полушария не поочерёдно работают «на посту»: бодрствующее полушарие обычно не сменяется до утра.

Над океаном фрегаты не опасаются нападений, однако им необходимо поддерживать курс. Поднимаясь по спирали на восходящих потоках, птицы держат открытым глаз, смотрящий в сторону поворота. Соответственно распределяются и функции полушарий: одно «дремлет», другое остаётся активным. Редко медленный сон у фрегатов переходит в быстрый — такая фаза длится всего несколько секунд.

Быстрый сон у млекопитающих и у птиц различается. У зверей REM-фаза продолжается от нескольких до десятков минут и сопровождается полной мышечной релаксацией. У птиц быстрая фаза гораздо короче, и при этом они сохраняют тонус в некоторых мышцах: например, могут стоять на одной ноге. Фрегаты во время короткого быстрого сна опускали голову, но не сбивались с курса. В целом же фрегаты спят в полёте немного — всего 42 минуты в сутки, тогда как на земле иногда проводят во сне по 20 часов. Наземные периоды сна у них длиннее и глубже, вероятно, из-за накопленного дефицита сна в полёте. Возможно, и другие виды, которые проводят в воздухе дни подряд, спят по схожему принципу — по крупицам и пополам, выключая полушария по очереди.