Sover fåglarna under flygning? Vad betyder ordet arkeopteryx? En liten flicka gråter för Sovjetunionen: i Sovjetunionen var allt verkligt.

Vissa fåglar är kända för att kunna göra otroligt långa flygningar, vilket fram till nu förblev ett mysterium för forskare. Vissa forskare har antagit det flyttfåglar lyckas på något sätt sova under flygningen. Nytt experiment, utfört av ett internationellt team av forskare, bevisade denna teori genom att visa att fåglar verkligen kan ta en tupplur medan de fortsätter att flyga genom att sväva på stigande luftströmmar.

Spårningsanordningar sattes på fregatter.

Resultaten av studien av Niels Rattenborg vid Max Planck-institutet och hans kollegor från ett antal andra institutioner har publicerats i tidskriften Nature Communications. Forskare har presenterat bevis på att fåglar under flygning kan sova, antingen genom att hålla ena hjärnhalvan aktiv eller tillfälligt stänga av båda hjärnhalvorna. Det är anmärkningsvärt att flyttfåglar behåller sin navigeringsförmåga även under den så kallade "REM-sömnen", där kroppen tillfälligt tappar muskeltonus.

Det är välkänt att fåglar som hassvalor och vadare kan tillryggalägga stora avstånd under flyttningar. Därför, föreslår forskare, borde sådana fåglar ha utvecklat förmågan att stänga av ena hjärnhalvan under en tid, ge vila till den andra, utan att riskera att krascha under flygningen. Delfiner har en liknande sömnregleringsmekanism. Det gör att de kan hålla sig flytande utan att sjunka när de sover.

Men hittills har det inte funnits några konkreta vetenskapliga bevis för detta antagande. För att bekräfta sin teori registrerade Rattenborg och hans kollegor direkt hjärnaktiviteten hos fåglar under flygningen. Deras mål var att fastställa vilken typ av sömn - långsam våg eller REM - som finns hos fåglar under långa flygningar.

Tillsammans med forskare från universitetet i Zürich och det schweiziska federala tekniska institutet utvecklade Rattenborgs team en liten enhet som var fastspänd på en fågelhuvud och registrerade hjärnaktiviteten samt rörelsen av fågelns huvud.

Fregattfåglar som häckar på Galapagosöarna valdes ut som studieobjekt. Dessa fåglar måste ofta tillbringa flera veckor i flygning över havet på jakt efter byte. Som ett resultat, som en del av studien, med en liten anordning på huvudet, flög fregaterna cirka 3 000 kilometer utan att stanna för att vila.

Efter att ha tagit bort brännarna och analyserat flygdata gjorde forskarna fantastiska upptäckter. Det visade sig att fåglarna bara var vakna under dagsljuset, men efter solnedgången bytte de till svävningsläget (i motsats till det aktiva födosöksläget), och enheten började spela in långsam vågsömn, som kunde vara i upp till flera minuter .

Det visade sig vara märkligt och helt oväntat för forskare att långsam vågsömn kunde registreras både på ena halvklotet (som forskarna först antog) och i båda hemisfärerna samtidigt. Forskarna drog slutsatsen att fåglar i allmänhet inte behöver konstant aktivitet av en av hjärnhalvorna för aerodynamisk kontroll. En sådan dröm inträffade dock inom ramen för den här studien ganska ofta, när fåglarna, cirkulerande, reste sig upp på luftströmmarna. Detta tyder på att fåglarna bokstavligen sov med ena ögat medan de tittade med det andra för att inte stöta på hinder.

När det gäller fasen av REM-sömn bör det noteras att den skiljer sig hos fåglar från en liknande typ av sömn hos däggdjur. Till skillnad från människor, vars REM-sömnfaser är långa och orsakar en fullständig förlust av muskeltonus, varar denna fas hos fåglar bara några sekunder. Men på grund av förlusten av muskeltonus faller fåglarnas huvud under REM-sömn, men detta påverkar inte själva flygningen.

Trots detta fantastisk förmåga sömn under flygningen visade sig den totala sömntiden för fregatter vara extremt liten. I genomsnitt sov dessa fåglar bara 42 minuter per natt. Däremot sover samma fåglar vanligtvis 12 timmar om dagen när de är på land. En sådan slående kontrast i fåglarnas beteende förblir ett mysterium för forskare.

Har du någonsin undrat hur djur sover? Till exempel, hur slumrar och sover fåglar? Hur klarar de av detta, eftersom de klarar långa sträckor i flera dagar eller veckor utan "stopp"?

Fåglar och däggdjur har mycket gemensamt i denna fråga.

Det är något förvånande att fåglar, som har mer gemensamt med reptiler, liknar däggdjur när det gäller sömn. I själva verket är medlemmar av fågelklassen de enda djuren (förutom däggdjur) som kännetecknas av långsamma och snabba faser av sömn. Trots dessa gemensamma egenskaper har de flera unika egenskaper.

När fåglarnas sömn studerades med hjälp av EEG för att fastställa förändringar i hjärnaktivitet, noterades specifika förändringar som indikerar en förändring i sömnfaser. I fasen av långsam sömn visar EEG en hög spänning. Samma sak händer hos andra djur, inklusive människor.

Fåglar kan sova med ett öga öppet när de flyger

Fåglar är intressanta eftersom de under långsam sömn kan sova med ett öga öppet, men som reptiler. Hur är detta möjligt? Det kan bero på att fåglar och andra migrerande djur kan sova medan ena hjärnhalvan arbetar. Detta fenomen kallas hemisfärisk sömn.

Genom att bara stänga ett öga kan fågeln sova och samtidigt kontrollera omgivningens tillstånd, se hur ett farligt rovdjur närmar sig.

Studier visar att när fåglar känner någon fara försöker de sova med ett öga öppet. För övrigt kan folk av olika anledningar också sova med öppna ögon.

Sådan sömn, när en del av hjärnan är aktiv, har vissa fördelar. Vi har redan pratat om skydd mot rovdjur. Men andra aktiviteter kan förbättras genom att hålla hjärnan aktiv under långa perioder. Till exempel tillåter detta fenomen fåglar att sova under flygning och flyga kontinuerligt i många dagar, veckor. Och det finns absolut inget behov av att landa för att vila.

Vad drömmer fåglarna om?

Hos många djur kan snabba ögonrörelser ses under sömnen, och fåglar är inget undantag. När det observerades med hjälp av EEG, noterades att fasen av REM-sömn liknar sömnlöshet, som hos människor. Dessutom observeras tecken som snabba ögonrörelser, muskelryckningar och en minskning av temperaturen. Det finns dock flera betydande skillnader.

Under en typisk REM-fas är musklerna i ett avslappnat tillstånd, vilket förhindrar utförandet av de handlingar som man drömmer om. Om du drömmer om att du hoppar ut genom ett fönster vill du faktiskt inte göra detta medan du är medvetslös.

Fel i detta normala tillstånd kan uppstå som ett resultat av ett avbrott i flödet av REM-sömn. Genom att observera fåglarnas tillstånd med hjälp av EEG, under REM-sömn, kan man se att graden av deras muskelaktivitet är hög, avslappning eller så kallad muskelförlamning observeras sällan. Ändå bör en viss minskning av muskeltonus fortfarande noteras. Till exempel, när fåglar är i REM-sömn, lutar deras huvud något.

Dessutom är REM-sömnen ofta mycket kortare hos fåglar än hos däggdjur. Varje avsnitt är kort och varar ofta mindre än 10 sekunder. När fåglarnas hela sömnperiod bedömdes kom man fram till att de tillbringar större delen av sin sömn i den långsamma fasen.

Slutsats

Hos många fåglar, men inte alla, blir perioder av REM-sömn längre på morgonen, och detta händer hos andra djur. Förmodligen vet ingen vad fåglar faktiskt ser i sina drömmar, men det kan antas att de återupplever alla händelser som hände dem under dagen, som det händer med människor.

Ett internationellt team av forskare ledda av forskare från Institutet för ornitologi i Max Planck Society (Tyskland) har hittat svaret på en fråga som har förföljt forskare i årtionden. Och frågan är enkel: kan fåglar sova under flygningen?

Det kan de, bevisade forskare genom att genomföra den mest ovanliga studien för att följa den dagliga rutinen för fåglar som är i luften i timmar.

Det har länge varit känt att vissa arter av forsvinnor, sångfåglar, beckasiner och sjöfåglar kan göra direktflyg som varar i dagar, veckor eller mer. Med tanke på vad negativa konsekvenser leder djur till sömnbrist, många forskare trodde att fåglar på något sätt lyckas sova under flykten. Det har dock nyligen visat sig att vissa fåglar verkligen kan hålla sig vakna i veckor, vilket minimerar sömntiden, och detta har ytterligare ökat förvirringen om möjligheten att sova i luften.

Det största problemet med att besvara denna fråga är bristen på studier av fåglars hjärna under flygning, vilket kan belysa detta problem. Hur kan en fågel sova i luften utan att kollidera med sina släktingar och utan att falla ner? Enligt en version sover fåglar inte helt, utan med separata halvklot, först till vänster, sedan till höger. Det finns verk som visar att det är så gräsänder sover om det är fara på land. Hos dessa fåglar, om de är på kanten av flocken, är en hjärnhalva alltid vaken, och motsvarande öga är alltid riktat mot möjliga hot. Hur som helst, för att registrera sömn måste forskare mäta hjärnans elektriska aktivitet, och detta kräver placering av speciella anordningar på fåglarnas huvuden.

För att lösa problemet behövde forskare identifiera ögonblicken när fågeln är vaken och när den faller i en av de två kända typerna av sömn - slow wave sleep (SWS) och REM-sömn (Rapid Eye Movement, REM). För att göra detta utvecklade Nils Rattenborg, författaren till verket, tillsammans med Alexei Vysotsky från universitetet i Zürich, en miniatyrapparat,

ta ett encefalogram av fåglarnas hjärna och fixera huvudrörelser under flygningen.

De bestämde sig för att studera de stora fregattfåglarna som häckar på Galapagosöarna. Dessa fåglar är kända för att tillbringa hela veckor ovanför havet på jakt efter fiskar, som drivs upp av rovdjur till ytan. Fåglar med instrument placerade på huvudet flög ibland bort i 10 dagar, under vilka de flög upp till 3 tusen km. Hela denna tid registrerade enheten encefalogram av båda fågelhalvorna, huvudrörelser, rutt och flyghöjd med hjälp av en GPS-mottagare. Vid återkomsten togs instrumenten bort från fåglarna och processen med att bearbeta mottagna data började. "Som många andra djur på Galapagos var fregattfåglarna ganska lugna och fortsatte att sova när jag närmade mig dem en andra gång", sa medförfattaren Bryson Voirin.

Illustration: nature.com

Analys av data visade att fåglar sover under flygning, men sover på både avsedda och ovanliga sätt. På dagen är de vakna och letar efter mat. Efter solnedgången bytte det vanliga encefalogrammet till långsamt viloläge, och fågeln svävade i flera minuter. Forskare noterade att vid denna tidpunkt kan både en och båda hjärnhalvorna stängas av.

Det betyder att fåglar inte behöver vara vakna på ett halvklot för att behålla kontrollen över flygningens aerodynamiska egenskaper.

En annan upptäckt gjordes emellertid genom att jämföra huvudets rörelser med uppgifterna om hjärnhalvornas encefalogram. När en fågel svävar i cirklar i uppströmmar är hjärnhalvan som ansvarar för ögat, som tittar i riktning mot svängen medan den andra sover, vaken, vilket innebär att fågeln håller koll på vart den flyger. "Frigater kan hålla ett öga på fåglar för att undvika kollision, liknande hur ankor spårar rovdjur", förklarade Rattenborg.

Illustration: nature.com

Dessutom avbryts perioder av icke-REM-sömn ibland av korta, bara några sekunders, faser av REM-sömn, har forskare fastställt. Till skillnad från däggdjur, där REM-sömn varar under lång tid och åtföljs av fullständig avslappning av musklerna, tänds den hos fåglar endast i några sekunder. Till skillnad från djur kan fåglar i denna fas av sömn, även om de tappar huvudet ett tag, fortsätta att stå på ett ben.

På liknande sätt nickar fregattfåglar vid ögonblicket av REM-sömn tillfälligt med huvudet, men deras flygning förblir oförändrad.

Den kanske viktigaste upptäckten för forskare var den totala sömntiden: det visade sig att fåglarna under dagen tillåter sig att somna i bara 42 minuter. Men när de återvänder till boet sover de och kan sova en halv dag. "Varför de sover så lite på nätterna, om de inte jagar så mycket, förblir ett mysterium", säger Rattenborg. I framtiden tänker forskare förklara hur fåglar går så länge utan sömn. "Varför vi och många andra djur lider så mycket av sömnbrist, medan vissa fåglar anpassar sig så bra, förblir ett mysterium," tillade han. Forskarnas arbete publicerades i tidskriften

Fåglarnas förmåga att somna under flygning. Denna förmåga hos fåglar har misstänkts länge, men först nu kunde de bevisa det. Intressant nog visar den nya studien också att sättet att ta en kort tupplur under flygningen är mycket mer ovanligt än man trodde.

Upptäckten, säger forskarna, kommer äntligen att hjälpa till att förklara hur fåglar lyckas flyga i dagar (eller till och med veckor) utan att bli trötta.

Ornitologer förstod inte helt vad som exakt händer med fåglar under en flygning: om de är vakna under hela resan, eller om de bara använder en hjärnhalva medan den andra vilar. Så till exempel fann man att ankor kan gå och sova med bara en halvklot, så att de även i en dröm förblir vaksamma och lägger märke till ett rovdjurs närmande i tid. Tidigare observerades samma egenskap hos delfiner. Förresten, .

I en ny studie mätte tyska forskare hjärnaktiviteten hos en fregattfågel sjöfågel, som, som ni vet, kan flyga över havet i veckor på jakt efter fisk. Teamet utvecklade en liten enhet som övervakade elektroencefalografiska förändringar i fågelns hjärnaktivitet. Apparaten, som de kallade "flight recorder", var fäst på 15 vuxna kvinnliga fregattfåglar. Enheten kunde spela in långsam vågsömn och snabb ögonrörelsesömn.

Teamet observerade hjärnaktivitet i tio dagar, under vilka fåglarna flög cirka tre tusen kilometer. Dessutom spårade den inbyggda GPS-sensorn fåglarnas position och flyghöjden. Efter att fåglarna återvänt samlade ornitologer in "flygmätare" för att analysera dessa register och blev mycket förvånade över resultaten.

Under dagen var fåglarna vakna och letade aktivt efter fisk, men så fort solen gick ner gick fåglarna in i ett långsamt sömnstadium och fortsatte att flyga. Det är sant att en sådan dröm varade bara några minuter.

Oftast använder fåglar bara en halvklot under sömnen, vilket forskarna förväntade sig att hitta. Men elektroencefalografiska data visade också att båda hemisfärerna omedelbart kunde falla i långsam sömn samtidigt, vilket oväntat antyder att fåglar kan kontrollera flygningen även när hela hjärnan är i "sömnläge".

Fullfjädrad långsamvågssömn inträffade vanligtvis medan fåglarna cirkulerade i uppströmsdragen och inte behövde flaxa med vingarna.

Men den kanske största överraskningen var att fregaterna, trots denna unika möjlighet, i de flesta fall nöjde sig med en kort sömn. Det varade inte mer än en timme om dagen – i genomsnitt bara 42 minuter. Detta är mindre än 10 % av tiden som fåglar sover på marken.

Forskare förstår ännu inte varför detta händer: det finns fortfarande mycket forskning att göra. "Varför de sover så lite när de flyger, även på natten, när de sällan hittar mat, är ett mysterium för oss", säger studieförfattaren Niels Rattenborg (Niels Rattenborg).

Enligt experter kommer studien av denna fråga att hjälpa människor i framtiden. "Det är inte helt känt varför vi, som många djur, medan vissa fåglar kanske inte sover länge sedan", säger Rattenborg.

Det visade sig vara märkligt och helt oväntat för forskare att långsam vågsömn kunde registreras både på ena halvklotet (som forskarna först antog) och i båda hemisfärerna samtidigt. Forskarna drog slutsatsen att fåglar i allmänhet inte behöver konstant aktivitet av en av hjärnhalvorna för aerodynamisk kontroll. En sådan dröm inträffade dock ganska ofta inom ramen för denna studie, när fåglarna, som cirkulerade, steg upp på luftströmmarna. Detta tyder på att fåglarna bokstavligen sov med ena ögat medan de tittade med det andra för att inte stöta på hinder.

Trots denna fantastiska förmåga att sova under flygningen var den totala sömntiden för fregattfåglar extremt kort. I genomsnitt sov dessa fåglar bara 42 minuter per natt. Däremot sover samma fåglar vanligtvis 12 timmar om dagen när de är på land. En sådan slående kontrast i fåglarnas beteende förblir ett mysterium för forskare.