В океанариумах и дельфинариях посетители часто удивляются: дельфины плавают круглосуточно, никогда не останавливаясь и не закрывая оба глаза одновременно. Создаётся впечатление, что эти удивительные создания вообще не нуждаются во сне. Но на самом деле дельфины спят — просто делают это совершенно иначе, чем люди или другие наземные млекопитающие. Их мозг устроен так, что никогда не выключается полностью, и это не прихоть эволюции, а жёсткая необходимость выживания в океане.
Половина мозга отдыхает, половина работает
Главный секрет дельфиньего сна называется унигемисферным медленноволновым сном (unihemispheric slow-wave sleep). Это означает, что в любой момент времени только одно полушарие мозга погружается в сон, а второе остаётся полностью бодрствующим и контролирует всё происходящее. Примерно через два часа полушария меняются ролями: отдыхавшая половина просыпается, а бодрствовавшая отправляется на покой.
Исследования, проведённые ещё в 1988 году группой советских учёных под руководством Л.М. Мухаметова из Института эволюционной морфологии и экологии животных АН СССР, показали, что унигемисферный медленноволновый сон является доминирующим типом сна у афалин.
В своих работах они установили, что на различные варианты односторонней и двусторонней синхронизации ЭЭГ приходится 33,4% всего времени наблюдения, причём на односторонний медленноволновый сон — 28,8%. Одно полушарие мозга находится в состоянии синхронизации ЭЭГ в среднем 19% всего времени записи.
А вы задумывались, как исследователям удалось это выяснить? Они вживляли электроды прямо в мозг дельфинов и записывали биоэлектрическую активность, пока животные плавали в бассейнах.
Дыхание, которое нельзя доверить автоматике
Почему же дельфины не могут позволить себе спать как люди — выключить оба полушария и провалиться в глубокий сон на несколько часов? Ответ кроется в дыхании.
В отличие от человека, у которого дыхательный центр в мозге работает автоматически даже во сне, дельфины — произвольные дыхатели. Они должны осознанно подниматься к поверхности и открывать своё дыхало (так называется видоизменённая ноздря на макушке), чтобы сделать вдох. Если бы дельфин заснул полностью, он бы просто забыл дышать и утонул.
Бодрствующее полушарие берёт на себя эту жизненно важную функцию. Оно каждые 30–40 секунд посылает сигнал: «Пора всплывать!» . Именно поэтому дельфины могут спать даже в движении, продолжая размеренно плавать и периодически поднимаясь к поверхности за глотком воздуха.
Доктор биологических наук Л.М. Мухаметов, посвятивший десятилетия изучению сна китообразных, в своих работах подчёркивал, что у дельфинов каждый мозг имеет свои собственные потребности во сне, которые не могут быть компенсированы сном другого полушария.
В экспериментах с принудительным лишением сна одного полушария выяснилось, что второе полушарие всё равно отсыпалось ровно столько, сколько было нужно именно ему, словно каждое из них принадлежит отдельному существу.
Один глаз всегда открыт
Унигемисферный сон имеет ещё одно интересное проявление — связь с глазами. Когда правое полушарие спит, левый глаз дельфина закрыт, а правый остаётся открытым и внимательно следит за обстановкой. И наоборот. Это позволяет животному не пропустить приближение хищника, не потерять из виду сородичей и вообще контролировать пространство вокруг.
Интересно, что если в поле зрения открытого глаза появляется что-то необычное, дельфин мгновенно просыпается полностью, независимо от того, какое полушарие в этот момент отдыхало. Эта система работает как надёжная сигнализация: даже спящее животное всегда начеку.
Спят ли дельфины когда-нибудь полностью?
Учёные задавались вопросом: бывают ли у дельфинов моменты, когда оба полушария спят одновременно? Оказывается, иногда это случается, но очень редко и ненадолго. В экспериментах Мухаметова было зафиксировано, что иногда оба полушария засыпали одновременно, но только одно из них (правое или левое) входило в фазу медленного сна.
А вот быстрого сна (REM-фазы, когда мы видим сновидения) у взрослых дельфинов не обнаружили вообще. Все попытки зарегистрировать эту фазу оказались безуспешными. Возможно, за 50 миллионов лет эволюции в воде дельфины утратили эту стадию сна, и сейчас учёные ломают голову над вопросом: какую цену они за это заплатили?
Исследовательская группа под руководством Нилса Раттенборга в статье, опубликованной в журнале Science, отмечает, что изучение того, как морские животные обходятся без полноценного быстрого сна, может привести к более глубокому пониманию функций сна в целом.
Детский сон: малыши учатся у мам
Новорождённые дельфины и их матери представляют особый интерес для учёных. В первые недели жизни детёныш не имеет достаточного запаса жира, чтобы держаться на плаву самостоятельно, и может утонуть, если просто замрёт во сне. Поэтому мать и детёныш выработали особую тактику: малыш спит, плывя в «буксировочном потоке» (слипстриме) рядом с матерью, которая продолжает двигаться и следить за дыханием обоих. Сама мать тоже может спать в это время, используя унигемисферный сон — она не останавливается ни на минуту в течение нескольких недель после родов.
Исследователи отмечают, что, вероятно, молодые китообразные практикуют унигемисферный сон с самого рождения и могут делать это много часов в день. Это жизненно важный навык, который они перенимают от матери с первых дней жизни.
Генетические тайны унигемисферного сна
Почему же дельфины спят именно так? Недавние генетические исследования проливают свет на этот вопрос. Учёные обнаружили, что в процессе эволюционной адаптации к водной среде китообразные утратили некоторые гены, связанные с синтезом мелатонина и его рецепторов. Мелатонин — это гормон, который у наземных млекопитающих регулирует циркадные ритмы и отвечает за наступление сна.
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, группа учёных под руководством доктора Яна Ли предположила, что потеря генов мелатониновой системы (AANAT, ASMT, MTNR1A и MTNR1B) могла стать предпосылкой для перехода к унигемисферному сну. Возможно, без жёсткой привязки ко сну всего мозга стало возможным «отключать» его по частям.
Интересный факт: у дельфинов и других китообразных также утрачены гены, связанные с обонянием и вкусом, а также некоторые гены, отвечающие за свёртываемость крови (что защищает их от тромбов при нырянии).
Дельфины подарили учёным удивительную загадку: они спят, никогда не выключая мозг полностью. Их унигемисферный сон — это гениальное эволюционное решение, позволяющее одновременно и отдыхать, и дышать, и следить за опасностью. Каждое полушарие имеет собственные потребности во сне и не может передоверить отдых другому. И когда мы смотрим на дельфина, плывущего с одним открытым глазом, мы видим не просто животное, а живое доказательство того, что природа способна найти выход даже из самой сложной задачи — как спать в океане и не утонуть.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы не пропускать новые рассказы об удивительных обитателях подводного мира, и сделайте репост — друзьям будет интересно узнать о дельфинах, у которых никогда не спит весь мозг сразу!