Как дышат дельфины когда спят. Как дельфины спят? Правда и выдумки о сне дельфинов. Как это выглядит

Этот вопрос возник не случайно. Дело в том, что все высшие животные (включая птиц, млекопитающих и человека) не только обязательно спят определенную часть суток, но в какой-то момент, когда наступает наиболее глубокий сон, полностью расслабляются и теряют подвижность.

Дельфины так спать не могут: ведь они живут в море, но дышат воздухом, и если глубоко уснут, то потеряют над собой контроль и утонут, потому что не смогут подняться на поверхность, чтобы набрать воздуха для очередного вдоха.

Ученые давно заметили, что дельфины никогда не замирают в полной неподвижности, они всегда как бы немного двигаются и время от времени поднимаются на поверхность для дыхания. Так спят ли вообще дельфины? И если да, а в этом сомнений не было, то как?

Было решено провести изучение биоэлектрической активности их мозга, по которой можно вполне определенно сказать, когда дельфины спят, а когда бодрствуют.

До сих пор считалось само собой разумеющимся, что когда сон сменяется бодрствованием и наоборот, то это влечет за собой изменения во всем мозге, и в правом, и в левом его полушариях, которые отвечают за работу двух половин тела. Именно так обстоит дело и у человека, и у всех животных, сон которых изучался раньше. Но у дельфинов все оказалось иначе.

Два полушария мозга дельфина спят не одновременно, а по очереди: пока одно спит, другое бодрствует. Через некоторое время они меняются ролями: то полушарие, которое было активно, засыпает, а «выспавшееся» бодрствует. «Дежурное» полушарие, таким образом, обеспечивает управление телом дельфина, следит за тем, чтобы он вовремя поднимался на поверхность вдохнуть воздух и не захлебнулся. Так он спит. Ну, а когда просыпается, то к работе подключаются оба полушария.

«Киты (а дельфины относятся к подотряду зубатых китов) спят на поверхности воды», — вот все, что смог ответить на этот вопрос один из авторов книги о дельфинах. Сказано точно, но слишком кратко.

Подобно всем млекопитающим, дельфины дышат легкими. Единственная их ноздря – так называемое дыхало – расположена на приподнятой части темени. Поэтому даже во сне животное должно постоянно сохранять в воде определенное положение. Но, как принято считать, глубокий сон тем и отличается от бодрствования, что в это время у любого животного расслабляются мышцы и оно может принимать различные позы. Дельфины себе этого позволить не могут. Значит ли это, что они вообще не спят по-настоящему?

Чем оригинальней гипотеза, тем более убедительных доказательств она требует. А вот их-то у Лиллу и не было. В то же время его догадку нельзя было считать и чисто умозрительной. К ней американского ученого толкали некоторые факты и прежде всего случайно открывшаяся необычная зависимость дыхания дельфинов от состояния их нервной системы.

Давно, когда Лилли еще только начинал работать с дельфинами, несколько опытных физиологов в лаборатории Маринлэнда впервые собирались составить карту коры головного мозга дельфинов. Для этого, по принятой методике, животных нужно было прежде всего лишить возможности двигаться. «Дельфина вынули из воды и поместили в стакан, — рассказывает в своей книге Джон Лилли. – Д-р Вулси ввел ему рассчитанную дозу наркотического препарата – нембутала. Эта доза – тридцать миллиграммов на килограмм веса – была лишь чуть меньшей той, какая обычно применяется для приматов, так что животное должно было погрузиться в глубокий сон… Последующие полчаса оказались для всех нас чрезвычайно мучительными. Дыхание дельфина становилось все реже и реже, и, наконец, сердце его остановилось».

Предположения о слишком большой дозе или специфическом действии именно нембутала не оправдались. Последующие эксперименты показали, что самые незначительные количества любых наркотиков неизбежно приводили животных к гибели, причиной которой была остановка дыхания. «Это было обескураживающее, неожиданное открытие», — признается Лилли.

Обезьяны, собаки, кошки, как и другие млекопитающие, в наркотическом сне продолжают нормально дышать. Дельфины почему-то выпадали из этого ряда. Напрашивалась мысль о том, что дельфины дышат не рефлекторно, а управляют дыханием сознательно. Лишь это могло объяснить, почему даже легкое воздействие на нервную систему вызывало непоправимые последствия.

Для биолога Л.М. Мухаметова, специализировавшегося на изучении физиологии сна, дельфины представляют особый интерес. И в первую очередь описанной выше непонятной связью между сном и дыханием.

Один из основных приемов исследования высшей нервной деятельности – введение электродов в различные структуры живого мозга. Правда, для того, чтобы использовать традиционную методику на дельфинах, пришлось проявить немалую изобретательность: животное нужно было подключить к приборам, не ограничивая, или хотя бы не слишком ограничивая его свободу. Пришлось придумать не только способы надежного вживления электродов в мозг животного, но и использовать специальный антивибрационный кабель, соединяющий их с регистратором и не мешающий передвижениям дельфинов.

На время опытов дельфинов переводят в маленький бассейн. Прямо из головы животного торчат уходящие вверх провода. Серая живая торпеда кружит в воде, изредка взглядывая на посетителя большим умным взглядом. Разработанная методика дала ученым дала ученым возможность непрерывно и длительно наблюдать объективную картину деятельности мозга дельфина, в каком бы состоянии – будь то сон или бодрствование – он ни находился.

И вот теперь в их руках неопровержимые факты. Оказалось, что дельфины, как и другие млекопитающие, спят и достаточно продолжительно и непрерывно. И дышат дельфины во сне. И тем не менее не все у них, как у наземных млекопитающих. Прежде всего они продолжают во сне плавать. Причем не пассивно, как покачивается в море пустой бочонок, а постоянно перемещаясь по поверхности бассейна.

Сон в движении или движение во сне? Хотя разве не так ведут себя лунатики? Спящий человек с закрытыми глазами не только стоит, ходит, но и совершает подчас чудеса баланса. Правда, лунатизм – явное нарушение психики, а здесь вполне здоровые животные. Было чему удивляться! Исследования продолжались, и тут ученых по подстерегала самая большая неожиданность: правая и левая половины мозга спящих дельфинов находились явно в различных состояниях. Этому трудно было поверить, никто еще никогда не наблюдал ничего подобного! Судя по кривым биопотенциалов, когда одно полушарие спало, другое бодрствовало или было в состоянии, весьма напоминающем бодрствование. Причем в активном и заторможенном состоянии полушария находились поочередно, регулярно меняясь ролями через каждые несколько десятков минут.

Для чего же дельфину понадобилось обзавестись столь необычной способностью? Если активность одного из полушарий действительно означает бодрствование, то, может быть оно выполняет в это время какие-то сторожевые функции? Правда, по настоящему опасных врагов у дельфинов не так уж много, но не следует забывать и о коварстве окружающей его водной стихии.

Постоянно, даже во сне, сохранять бдительность – качество для дикого зверя неоценимое. Почему бы дельфину в дополнение к другим своим великолепным способностям не обладать еще и этим свойством? Полностью отбрасывать такую возможность пока не нужно. Тем более что в ее пользу говорят и некоторые другие наблюдения. Замечали, например, что у спящих дельфинов бывает открытым один глаз. Не связано ли это «недремлющее око» с бодрствующим полушарием?

И еще. Не исключено, что поочередное бодрствование одного из полушарий необходимо дельфину для организации сложной цепи хорошо координированных дыхательных движений. В этом случае становится вполне понятной гибель животных в лаборатории: введенное наркотическое вещество нарушает нормальную деятельность сразу двух половин головного мозга и таким образом выключает дыхание.

Любое живое существо нуждается в отдыхе для восстановления сил организма. Так задумано самой природой. Сон необходим всем - птицам, млекопитающим, любым животным высшего порядка, к которым относимся и мы - люди. Мы с вами привыкли ассоциировать сон с состоянием полного расслабления и неподвижности. Именно так спят практически все представители высокоорганизованной сауны.

Для львов характерно спать на спине большую часть суток. Слонам в Африке свойственно дремать стоя на протяжении двух-трех часов. Длинноногие жирафы для отдыха сворачиваются калачиком.

Но как спит дельфин? Ведь никто и никогда не видел его неподвижным. Эти удивительные животные всегда перемещаются в водном пространстве с необычайной легкостью и грацией. Создается впечатление, что они бодрствуют круглосуточно, и сонное состояние им не свойственно в принципе.

Но данное предположение неверно, что наконец-то доказано современными научными исследованиями.

Как устроено дыхание у дельфинов?

Мы, люди, над своим дыханием вряд ли когда-либо задумываемся - для нас этот процесс является естественным. Но у дельфинов все немного сложнее. Через каждые 5 или 10 минут любой из дельфинов нуждается во всплытии на поверхность для пополнения кислородного запаса, что предполагает слаженность работы мышц и головного мозга.

Все давно знают что дельфин - не рыба, а самое настоящее млекопитающее. Причем они считаются вторичноводными млекопитающими. То есть предки их первоначально существовали в водной стихии, но с течением времени освоили сушу и смогли дышать при помощи легких. Причины, по которым подобные животные возвращаются в водную стихию, ученым неизвестны.

Такие млекопитающие, не в пример рыбам, не имеют органов или приспособлений, позволяющих дышать под водой. То есть жабрами они не обладают. Чтобы запастись воздухом для дыхания, дельфину необходимо всплыть на поверхность.

Органы дыхания дельфинов

Следовательно, ведя жизнь морского обитателя, дельфин продолжает дышать легкими. У него имеется специальный клапан, который дельфин открывает, приближаясь к водной поверхности. Совершив выдох и вдох, животное закрывает клапан и уносит свежую порцию кислорода под воду. Данный процесс достаточно сложен для организма и практически невозможен в сонном состоянии.

Впрочем, полученной порции воздуха хватает, как было сказано выше, на целых пять-десять минут. Многие годы биологов занимал вполне очевидный вопрос - как спит дельфин в таком режиме, ведь промежутки времени через которые это млекопитающее должно всплывать, чтобы получить порцию атмосферного кислорода, достаточно коротки.

Вопросы, вопросы...

Было выдвинуто множество версий. Самая экстремальная из них утверждала, что дельфины и вовсе не нуждаются во сне, то есть никогда не пребывают в данном состоянии. По другой теории, им присущ кратковременный отдых между всплытиями на поверхность.

А спят ли дельфины вообще? Долгое время этих животных считали сомнамбулами, отдыхающими в состоянии напряжения мышц и с открытыми глазами. Полагали также, что им свойственны периоды сна в короткие промежутки между вдохом и выдохом, а пробуждаются они от химических изменений состава припасенной порции кислорода.

Часть ученых приписывали дельфинам автоматизм действий, словно лунатикам. Чтобы определить истинное положение дел, были организованы исследования, в которых предполагалась регистрация биотоков дельфиньего мозга.

Как спит дельфин - слово науке

Процедура эта весьма непростая. Животных потребовалось поместить в бассейн, в мозг им вживляли электроды. Запись подаваемых сигналов осуществлялась при помощи радиоволн, что давало возможность дельфинам вести привычный образ жизни.

Работа велась на черноморской биостанции исследователями из Академии Наук. Чтобы узнать, наконец, как спят дельфины, советские ученые А. Я. Супин и Л. М. Мухаметов, представители ИЭМЭЖ (Института эволюционной морфологии и экологии животных) организовали наблюдение за млекопитающими, которое осуществлялось как в вольерах, так и в открытом бассейне.

Для вживления в мозг электродов выбрали несколько экземпляров афалин и азовок. Животным дали возможность привычно резвиться, во время чего с помощью радиосигнала велась запись электроэнцефалограммы мозга. Полученный рисунок давал возможность проследить за активностью каждого из его полушарий.

Что же получилось?

Итогами исследования ученые были просто-напросто шокированы. Выяснилось, что полное погружение в сон дельфинам не свойственно. То есть мозг их остается активным непрерывно. Открытием стало то, что его полушария в буквальном смысле спят по очереди. Каждое из них получает порцию полноценного нормального сна в течение примерно 6 часов на протяжении суток. С интервалом в час или полтора происходит замена, когда в сон погружается противоположное полушарие.

Интереснее всего то, что во время такого сна дельфин может вести себя, как ни в чём ни бывало - плавать, охотиться и так далее. Так что определить невооруженным глазом, спит в настоящий момент данная особь или нет, сторонним наблюдателям вряд ли представляется возможным.

Как спит дельфин - глаза открыты или нет?

Почти все, и люди, и животные, во сне глаза закрывают. А как обстоит дело с дельфинами? В полном соответствии с поочередными бодрствованиями каждого из полушарий! То есть, один глаз у спящего дельфина всегда закрыт.

Почему дельфины спят с одним открытым глазом? Ещё до исследования многие обращали внимание на то, что один глаз у дельфинов часто бывает закрыт, но связать это со сном никто прежде не догадывался. Таким образом, в результате исследования родилась самая настоящая научная сенсация.

Оказывается, природой дельфинам была подарена поистине волшебная возможность одновременного отдыха и бодрствования. То есть полного и глубокого сна, как у других млекопитающих - с отключением обоих полушарий мозга - у дельфинов никогда не происходит.

Как это выглядит

Теперь мы с вами понимаем, как спит дельфин. Каждое из полушарий поочередно несет свою вахту. Затем они меняются местами. Активное полушарие погружается в сон, противоположное начинает бодрствовать. Когда же стадия сна у дельфина проходит, оба полушария включается в работу.

Данный эволюционный механизм предусмотрен природой с целью выживания вида. Постоянно бодрствующее одно из полушарий решает вопрос доставки к мозгу кислорода и предупреждает опасность захлебнуться.

Олег Лямин - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции РАН и ООО «Утришский дельфинарий». Скорее всего, сегодня ночью, рано или поздно, вы ляжете спать. Когда вы закроете глаза, перед тем как заснуть, вообразите на минуту, что вы держитесь на плаву, бултыхая ногами и руками, посреди океана, вдали от берега. Когда представляешь себя в таком положении, в кровь резко выбрасывается адреналин, и спать совсем не хочется. Но если долго плыть на самом деле, а не в воображении, усталость возьмет свое. Всем без исключения млекопитающим нужно спать, включая тех, кто живет в воде, – китов и дельфинов. Современные китообразные без труда справляются со сном «в подвешенном состоянии», но их предки были наземными животными. Предки китов – китокопытные, или пакицеты (Pakicetus), – покинули сушу и ушли в океан из-за более доступной и обильной пищи. Сначала пакицеты охотились на рыбу на мелководье, а для отдыха возвращались на берег. Но конкуренция вынуждала животных уплывать все дальше – в глубь древнего океана Тетис, и возможность вернуться на сушу исчезла. Приходилось экстренно учиться спать в воде. Пакицеты учились этому миллионы лет – и это вовсе неудивительно, ведь животному, которое собралось отдохнуть в открытом океане, нужно преодолеть целый ряд смертельно опасных препятствий.

Сон современных китов и дельфинов долгое время был загадкой для ученых. Предполагалось даже, что дельфины не спят вообще или спят урывками между вдохами. В действительности все оказалось сложнее и интереснее.

Задачи повышенной сложности. Во-первых, заснув в воде, млекопитающее рискует умереть от холода. Тепло, которое организм млекопитающего вырабатывает, рассеивается в окружающей среде. Так как вода проводит тепло быстрее воздуха, животное охлаждается в ней быстрее. Во-вторых, млекопитающим, в отличие от рыб, нужно постоянно всплывать, чтобы вдохнуть новую порцию воздуха. Поэтому спящие в воде существа должны предпринять усилия, чтобы не погрузиться слишком глубоко, – иными словами, чтобы не утонуть. Наконец, во сне мелкие китообразные – дельфины и ластоногие могут стать жертвой хищников. Ведь в воде нет защищенных мест для сна (нор, гнезд, других убежищ, как у наземных животных), и, опять же, для вдоха нужно постоянно всплывать к поверхности воды, где их чаще и атакуют хищники. Не спать, чтобы дышать. Итак, сон для предков китообразных стал настоящим испытанием – заснув, можно было и не проснуться. Сон современных китов и дельфинов долгое время был загадкой для ученых. Предполагалось даже, что дельфины не спят вообще или спят урывками между вдохами. В действительности все оказалось сложнее и интереснее. В начале 1960-х годов американский нейрофизиолог Джон Лилли сделал несколько неожиданных предположений о том, как же спят дельфины. Но масштабные исследования начались лишь в середине 1970-х на Утришской морской станции Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН. Первая – самая известная и самая необычная особенность сна китообразных – так называемый однополушарный сон: пока одно полушарие головного мозга дельфина спит, другое – бодрствует. Это хорошо видно на электроэнцефалограмме мозга (ЭЭГ): частые быстрые волны бодрствования в одном полушарии регистрируются на фоне медленных волн сна в другом. Полушария у дельфинов спят по очереди, и каждое отдыхает одинаковый отрезок времени. Про сон «на полголовы» знают сегодня многие – факт успел стать популярным. Но почему такой сон существует именно у дельфинов, а не у наземных млекопитающих, стало понятно только в последние годы, во многом благодаря исследованиям на Утришской станции. Джон Лилли предполагал, что дыхание у дельфинов произвольное, то есть, чтобы дышать, им нужно постоянно находиться в сознании. Сформировалось мнение, что бодрствующее во время сна полушарие как раз и выполняет эту роль. Но, как оказалось, это не совсем так. Специальные исследования доказали, что дыхание у дельфинов может быть как произвольным, так и автоматическим. Как у людей. Согласно современной точке зрения, однополушарный сон скорее связан с необходимостью следить за происходящим вокруг и непрерывно двигаться. Морские лунатики. Неподвижность – важная особенность сна наземных животных. Но дельфину, чтобы дышать, даже во время сна нужно периодически всплывать к поверхности воды. Логично, что сон китообразных протекает во время непрерывного плавания. Дельфины и киты в этой способности уникальны. Так как движение сопровождается выработкой тепла – мышечным термогенезом, «лунатизм» нужен еще, чтобы не замерзнуть и не утонуть. Правда, большие и толстые могут позволить себе роскошь – спать неподвижно. Так, косатки часто спят, просто зависая у поверхности воды. Это связано с их значительной массой – до 6 тонн – и высоким содержанием подкожного жира, что замедляет потери тепла. Все мелкие китообразные – азовки, дельфины Коммерсона (масса их тела меньше 100 кг) – спят только во время движения. Спят в движении и детеныши косаток – пока не подрастут и накопят запасы жира. Кроме того, жир делает животных более плавучими – поэтому взрослая косатка легче стабилизирует свое положение на поверхности воды. Сплю и вижу. Давно известно, что дельфины обладают многими необычными способностями – в том числе они могут спать с открытыми глазами, точнее, с открытым глазом. Когда спит правое полушарие мозга дельфина, закрыт его левый (противоположный) глаз, а правый – открыт, и наоборот. Это хорошо видно, если одновременно регистрировать ЭЭГ головного мозга и состояние глаз. Интересно, что открытый глаз, как правило, смотрит в сторону партнеров. Например, матери и детеныши следят друг за другом как во время бодрствования, так и во сне. Еще одна особенность сна дельфинов – отсутствие парадоксальной фазы сна, во время которой мы, люди, обычно видим сны. Сон наземных млекопитающих делится на две стадии: медленную и парадоксальную (сон с быстрыми движениями глаз – «rapid eye movement», или RЕМ). Парадоксальный сон или его признаки были зарегистрированы у всех изученных наземных млекопитающих (около 100 видов) и птиц (более 15 видов). Однако эту стадию до сих пор не удалось зарегистрировать у китообразных. Возможно, это связано с опасностями такого сна – во время парадоксальной фазы резко снижаются мышечный тонус и скорость реакции животных на внешние раздражители. Животные теряют способность поддерживать постоянную температуру – теплокровность, что в условиях океана создает для животных еще больше проблем, чем на земле. Итак, примерно 50–70 миллионов лет назад группа таких же, как мы, люди, теплокровных млекопитающих, живущих на суше, была вынуждена переселиться в воду. Эти животные, ставшие впоследствии дельфинами и китами, научились не только охотиться, но и отдыхать в океане – месте, где каждую секунду нужно быть начеку. Теперь, если сегодня перед сном вы все-таки представите себя хотя бы на минуту в открытом океане, вы поймете, как же нам с вами повезло. Ведь спокойный сон на твердой поверхности – роскошь, доступная далеко не всем.

Для человека и других наземных млекопитающих сон включает в себя частичную или полную «потерю» сознания, бездействие произвольных мышц (то есть тех, которые сознательно контролируются) и инактивацию чувств, таких как зрение и обоняние. Но у дельфинов и других китообразных сон устроен иначе, выяснили ученые.

Когда приходит время отдыха, дельфин отключает только одно полушарие мозга и закрывает при этом противоположный глаз (левый глаз будет закрыт, когда правая половина мозга спит, и наоборот). А другая половина мозга в это время следит, что происходит в окружающей среде, и контролирует дыхательные функции. Иногда дельфины остаются на поверхности воды во время сна, иногда они могут медленно плыть. В неволе ученые также наблюдали, как дельфины спят на дне бассейна (периодически они поднимаются на поверхность за воздухом). Есть три основные причины, почему дельфины развили такой тип сна. Во-первых, дельфины утонули бы, если бы они не сохранили часть мозга активной, так как дыхание они всегда контролируют сознательно. Во-вторых, такой сон позволяет животным следить за возможными опасностями, в то время как они отдыхают. И наконец, этот тип сна позволяет дельфинам поддерживать определенные физиологические процессы, такие как мышечные движения, чтобы сохранять температуру тела в холодном океане.