Антарктические пингвины спят более 10000 раз в день

Удивительная стратегия микросна пингвинов может быть адаптацией к жизни в группе и защитой от скрывающих хищников в суровых условиях Антарктики.

Если представить ситуацию – человек сидит на нудном совещании и чувствует, что его веки тяжелеют, а разум начинает отключаться. Внезапно он ощущает бодрость и задаётся вопросом, кто-нибудь видел, как я задремал? 

Когда люди пытаются быть бодрыми и активными, эти эпизоды могут вызвать чувство тревоги или, если они происходят за рулём, оправданный страх. Микросон не заставит человека чувствовать себя отдохнувшими или восстановленными, как это было бы при более длительных периодах непрерывного сна. 

В исследовании, опубликованном 30 ноября этого года в журнале Science, учёные описывают, что гнездящиеся пингвины-шипуны спят именно таким образом более 10000 раз в день. Они непрерывно дремлют всего четыре секунды, но в сумме это составляет более 11 часов сна.

Невероятно, но этот странный цикл сна не приносит птицам никакого вреда, несмотря на распространенное мнение, что фрагментация ночных бдений (когда человек просыпантся несколько раз за ночь) - это плохая практика. На самом деле, такая экстремальная стратегия пингвинов должна сохранять хотя бы некоторые преимущества сна, так как стая остаётся здоровой и успешно размножается.

«Что действительно странно, так это то, что пингвин может постоянно поддерживать это состояние между бодрствованием и сном», - объясняет соавтор исследования Поль-Антуан Либурель, изучающий биологию сна во Французском национальном центре научных исследований (Neuroscience Research Center). По его словам, простое наблюдение за тем, как пингвины кивают и моргают, создавало впечатление, что они дремлют. «Только постоянно записывая активность мозга в течение нескольких дней, мы смогли выделить этот интересный фенотип сна», - говорит Либурель.

Такая система сна может быть обусловлена экологическими факторами на острове Кинг-Джордж у берегов Антарктиды, где пингвины собираются вместе, чтобы высиживать яйца и защищать своих птенцов от хищников. Необходимость спать недолго может быть просто следствием жизни в шумной и суетливой группе, где сон постоянно прерывается. Возможно, это также помогает птицам сохранять постоянную бдительность в поисках хищников.

Успешная стратегия микросна пингвинов поднимает интересные вопросы о том, насколько разнообразным может быть плодотворный сон у разных видов и в разных условиях. Это также говорит о том, что предубеждение специалистов касательно важности более длительного и непрерывного сна может быть не совсем верно - некоторые виды могут получать пользу и от так называемого микросна.

«Сон приносит много пользы, но мы не знаем, одинаково ли он полезен для всех видов», - говорит Либурель. «И мы не знаем, в какой момент мы можем нарушить сон, с пользой для животного или без неё».

В ходе эксперимента исследователи вживили электроды в мозг и мышцы шеи 14 пингвинов. В течение двух недель они постоянно записывали данные электроэнцефалограммы (ЭЭГ), чтобы измерить активность мозга птиц, связанную со сном. Другие датчики фиксировали положение птиц (стоя, лежа, ныряя), отслеживали их местоположение с помощью GPS и фиксировали данные об окружающей среде, например температуру воздуха. Авторы также установили непрерывное видеонаблюдение за теми же гнездящимися птицами, чтобы сопоставить их наблюдаемое поведение с одновременными данными об активности мозга.

Записи ЭЭГ показывают, когда птицы погружаются в медленноволновой сон (ортодоксальный или медленный сон) - наиболее распространенный вид сна у птиц. 

Как и положено гнездящимся пингвинам, пары родителей по очереди охраняли и насиживали гнёзда на суше и отправлялись в море на кормёжку - каждая смена длилась в среднем около 22 часов. В море птицы впадали в некоторое количество микросна, отдыхая на поверхности воды.

Однако во время вылазок они проводили гораздо больше времени в бодрствующем и активном состоянии. Они бодрствовали примерно две трети времени, но сразу после возвращения на сушу птицы проводили первые несколько часов, нагоняя сон на береговой линии. Когда птицы возвращались к лежанию или стоянию у гнезд, они отдыхали, переходя к новой стратегии микросна.

Возможно, постоянное бодрствование помогает уберечь гнёзда от хищников, таких как антарктический поморник, который питается яйцами и птенцами пингвинов. Если птицы будут спать всего несколько секунд за раз, это позволит им оставаться относительно бдительными к любым возможным опасностям.

Владислав Вязовский, физиолог сна из Оксфордского университета, не имеющий отношения к исследованию, полагает, что колонию можно рассматривать как своего рода «суперорганизм». Поскольку каждая отдельная птица постоянно чередует сон и бодрствование, вся группа постоянно находится лишь в полусонном состоянии, а также остаётся наполовину бодрствующей.

«Я много думал о том, что мы не должны рассматривать сон как индивидуальное явление», - говорит он. «На спящих людей влияет среда, в которой они спят. Это может быть и социальная среда: действия других людей в группе».

Интересно, что режимы сна у птиц различаются в зависимости от их местоположения. Пингвины, гнездящиеся на окраинах колонии, спят дольше и глубже, чем те, кто находится в центре. Возможно, это связано с тем, что пингвины в центре занимают шумную территорию. «В центре больше соседей и прохожих, поэтому их сон чаще прерывается», - предполагает соавтор исследования Вон Янг Ли, поведенческий эколог из Корейского института полярных исследований.

Птицам, находящимся на периферии, необходимо сохранять крайнюю бдительность по отношению к хищникам, что требует определённых физических затрат. «Чем интенсивнее бодрствование, тем интенсивнее должен быть сон», - говорит Вязовский. «Качество бодрствования влияет на качество сна. Так что, возможно, птицам на периферии нужно быть особенно бдительными, и они устают, а затем спят немного дольше и глубже».

Ли также задаётся вопросом, существуют ли сезонные или другие изменения в том, как спит вся стая. «Было бы интересно, если бы мы могли оценить их сон после размножения», - отмечает он. «Интересно, сохраняют ли они микросон на протяжении всей жизни или меняют режим сна в зависимости от стадии размножения или жизненного цикла?»

Большинство исследований сна проводится в контролируемых условиях, например в лабораториях. Но по мере того как технологии позволяют изучать мозг в реальном времени, в реальных условиях, появляются новые ценные возможности. «Мы должны быть готовы к тому, что сон настолько чувствителен к окружающей среде, и поэтому окружающая среда должна быть очень важной частью картины», - отмечает Либурель.

Например, в недавнем исследовании, проведённом со стаей галок, изучались сезонные колебания сна, и выяснилось, что летом птицы спят на пять часов меньше, чем зимой. Оказалось, что их сон очень чувствителен к изменениям окружающей среды, таким как сокращение продолжительности дня.

Ночные приматы, называемые яванскими медленными лори, спят подолгу, как люди. Но они также меняют свои ритмы сна в соответствии с изменением продолжительности светового дня и чувствительны к изменениям температуры, которые нарушают их дневной сон и заставляют чаще спать.

Многие интересные виды сна эволюционировали как черты, уникальные для образа жизни животных. Некоторые птицы, например, могут спать в полёте, но Либурель задаётся вопросом, насколько гибким и адаптивным может быть сон, сохраняя при этом свои основные преимущества. Как быстро виды могут перестраивать свои привычки сна при изменении ситуации в окружающей среде? Этот вопрос является важным для мира, где дикая природа переживает изменения достаточно часто.

Что касается пингвинов, то Кристиан Хардинг, биолог-междисциплинарист, специализирующийся на изучении сна в системе здравоохранения Калифорнийского университета в Сан-Диего, говорит, что их стратегия микросна могла эволюционировать для того, чтобы обеспечить некоторые преимущества для жизни в Антарктиде. Пока неизвестно, может ли такой цикл приносить пользу другим видам. «Может быть, антарктические пингвины просто лучше всех используют стратегию, доступную всем нам?» - задаётся вопросом Хардинг.

Для людей, по крайней мере, такая перспектива не слишком привлекательна. Если хотя бы непродолжительный сон часто бывает желанным, то постоянная череда четырёхсекундных снов больше похожа на кошмарный сон.