Джерело зображення Надано Нільсом Раттенборгом
Два пристрої розмістили на фрегатах Галапагос, один для вимірювання мозкових хвиль, а інший для визначення місцезнаходження GPS. Ці птахи подорожують на великі відстані в пошуках їжі.
Багато птахів літають сотнями кilóметрос не торкаючись землі. Велике питання полягає в тому, чи роблять вони це не спавши, чи сплять у середині польоту.
Питання викликало спекуляції протягом десятиліть, і нарешті на нього відповів німецький вчений та його колеги в рамках розслідування, проведеного на Галапагоських островах.
Нільс Раттенборг з Інституту орнітології Макса Планка в Баварії, Німеччина, керував командою, яка першою продемонструвала це птахи справді сплять, коли літають, і що вони роблять це протягом дуже коротких періодів.
Іноді вони сплять з однією півкулею мозку не сплячими, а інколи з обома сплячими, все ще встигаючи підтримувати аеродинамічний контроль.
Себастьян Крус, біолог, який спеціалізується на морських птахів, є співавтором дослідження. Еквадорський вчений був вирішальним у виборі виду, в якому розміщувались електронні пристрої для запису мозкових хвиль - фрегатів Галапагоських островів.
Дослідження не тільки виявляють дивовижні механізми адаптації у цих птахів. Це також може допомогти зрозуміти вплив відсутності сну на людину.
Чому фрегати?
Фрегати (неповнолітній фрегат) "Вони харчуються виключно в морі і здійснюють поїздки, що тривають кілька днів, не зупиняючись і завжди літаючи", - пояснив Себастьян Крус BBC Mundo.
Джерело зображення Надано Нільсом Раттенборгом
Нільс Раттенборг, праворуч, з Інституту орнітології імені Макса Планка в Німеччині, вивчав сон у людей більше 10 років, перш ніж звернутися до птахів.
Найважливішою причиною, яку вони обрали для дослідження сну, є "на відміну від інших морських птахів, фрегати не можуть відпочивати на поверхні моря, оскільки їх пір’я недостатньо водонепроникне, щоб уникнути поглинання води ".
Дослідження проводили з жіночими фрегатами з маленькими пташенятами, оскільки "вони завжди повертаються до свого гнізда після пошуку їжі, і це робить їх передбачуваними та легкими для захоплення".
А також вони є великими птахами, які можуть легко витримати вагу пристроїв, які були розміщені на них для збору даних, мініатюрний зчитувач мозкових хвиль, який записує електроенцефалограму або ЕЕГ, та GPS-локатор.
"Загальна вага приладів не перевищувала 5% від загальної маси птиці".
Користуючись чернетками
Фрегати подорожують на великі відстані у пошуках їжі, оскільки її мало і вона розподіляється хаотично в морі, пояснив Крус.
"Вони знають, що між Галапагосом і Південною Америкою знаходиться район з найкращим виробництвом, але в невеликому масштабі ці можливості харчування є випадковими".
Джерело зображення Надано Нільсом Раттенборгом
Щоб розмістити датчик ЕЕГ на голові, нам довелося провести невелику операцію під наркозом. Птахи швидко відновили звичну поведінку з пташенятами ", - сказав Раттенборг.
Тому найкращою стратегією є охоплення якомога більшої площі, політ у великому колі, витрачаючи якомога менше енергії, пояснив фахівець з морських птахів.
"І вони роблять це двома способами, по-перше, це дозволяє їм морфологія та надзвичайно великі крила на маленькому тілі скористатися чернетками якими б слабкими вони не були ".
"По-друге, вони використовують повільну, але ефективну стратегію польоту. Вони роблять це набирати висоту на сотні метрів із висхідними повітряними потоками, а потім рухаються в потрібному напрямку, ковзаючи і набираючи відстань, але втрачаючи висоту".
Вони змушують половину або весь мозок спати
Пристрої показали, що фрегати узгоджують різні типи сну під час польоту.
"Як люди, птахи мають два типи сну"Нільс Раттенборг пояснив BBC World.
Джерело зображення Надано Нільсом Раттенборгом
Зчитувач мозкових хвиль реєстрував різні типи сну, включаючи сон з однією півкулею та обома.
"Одного кличуть повільний хвильовий сон, повільний хвильовий сон або SWS, оскільки мозок генерує такі типи хвиль, які можна виявити в ЕЕГ ".
Цей вид мрії може виникати в обох півкулях мозку або лише в одній. Коли воно відбувається лише в одному, це називається однопівкульним сном, при якому око навпроти неспаної півкулі залишається відкритим.
У попередньому дослідженні Раттенсборг вже показав, як качки, що перебувають у найвіддаленішій частині групи, схильній до найбільшої небезпеки, сплять з одним відкритим оком. Натомість ті, хто знаходиться в середині групи, де вони найбезпечніші, сплять одночасно з обома півкулями.
Інший тип сну, який можна побачити у птахів, - це швидкий рух очей сон, швидкий рух очей або REM, коротші і швидші хвилі.
"У випадку з людьми, під час швидкого запалення м'язи паралізуються, а у птахів ми спостерігаємо втрату м'язового тонусу".
Менше п’яти секунд
"Багато хто вважав, що птахи спали лише напівкулями", - зазначив Раттенборг.
Але записи мозкових хвиль це показали фрегати також можуть спати одночасно з обома півкулями.
Джерело зображення Надано Нільсом Раттенборгом
Траєкторію руху птахів позначив GPS. Кожен колір являє собою інший фрегат.
"Ми точно не знаємо, як вони це роблять. Можливо, вони використовують механізм, подібний до того, який дозволяє їм спати, коли вони стоять на місці. У випадку фрегатів це означає, що їм вдається спати, тримаючи крила в позиції планування ", - пояснив німецький вчений.
Однак для Раттенборга найдивовижнішим відкриттям стало те, що птахи також сплять у швидкому сні під час польоту.
"Хоча голова опущена подібно до того, як вони сплять на землі, на політ це не вплинуло. Епізоди швидкого сну тривали лише в середньому п’ять секунд".
42 хвилини сну на день
Складаючи всі записані типи снів, фрегати вони спали лише в середньому 42 хвилини на день.
"Це було несподівано. Якщо їм вдається досягти стільки видів сну під час польоту, чому вони так мало сплять?", - сказав Раттенборг BBC Mundo.
"На даний момент я справді у нас немає твердих ідей, щоб пояснити, як це можливо що фрегати пристосувались оперувати так мало сну, тоді як інші види, від бджіл до людей, різко страждають від недосипу ".
Джерело зображення Надано Нільсом Раттенборгом
Як фрегатам вдається функціонувати, сплячи лише 42 хвилини на день? Залишається загадкою.
"Якщо ми можемо пояснити, що таке еволюційний механізм фрегатів, який дозволяє їм функціонувати з таким невеликим відпочинком, це може допомогти зрозуміти вплив відсутності сну на людину".
Нещодавнє дослідження показує, за словами Раттенборга, як дослідження, які, мабуть, не мають значення у випадку з людьми, можуть допомогти нам зрозуміти наш мозок.
"На основі нашого дослідження однополушарного сну у качок, Масако Тамакі та його колеги (з Університету Брауна в США) цього року опублікували статтю, яка пояснює, чому коли люди перебувають у новому середовищі, ліва півкуля спить у хорошій формі. реагує на звуки, ніж права півкуля, лише першої ночі ".
"Це свідчить про те, що, як і качки, люди здатні частково пробудити принаймні половину свого мозку у відповідь на потенційно ризиковані обставини".
Пернаті динозаври
Раттенборг тепер сподівається вивчити, чи стосуються результати фрегата до інших видів птахів. І зрозумійте, які механізми адаптації дозволяють фрегатам функціонувати з таким невеликим сном.
Джерело зображення Надано Нільсом Раттенборгом
Раттенборг в тунелі для вивчення польоту птахів в Інституті Макса Планка в Німеччині. Раттенборг, щоб дослідити, чи застосовуються результати фрегатів до інших птахів.
Це лише дві з багатьох загадок про мозок птахів, які є нащадками динозаврів.
"Мозок птахів має пластичність. Вони мають велику здатність виконувати складні завдання, наприклад, ворони можуть виготовляти інструменти, щоб дістатися до їжі ", - сказав Раттенборг BBC Mundo.
"Нещодавнє дослідження показало, що щільність нейронів у мозку птахів вища, ніж у мозку ссавців. Можливо, це основа його складного пізнання ".
Коли німецький учений дивиться на птаха, що він бачить?
"Я бачу розумних, пернатих динозаврів із складними мізками, які сплять, як ссавці, в тому числі і я".