Почему дельфины спят с одним открытым глазом. Спящие на волнах. Что же получилось

«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.

Теория, что дельфины никогда не спят, опровергнута, они засыпают, но не совсем так, как другие живые существа. Долгое время ученые говорили о круглосуточном бодрствовании, мотивируя тем, что дельфины относятся к высшим животным, а не к рыбам или амфибиям. А это означает необходимость раз за разом выныривать на поверхность, чтобы сделать вдох. В таких условиях сон кажется крайне маловероятным.

Ученые провели множество исследований поведения дельфинов как в неволе, так и привычной среде обитания. Вот их результат:

• животному необходимо делать вздох каждые пятнадцать минут ;
• кожные покровы китообразных нуждаются в постоянном увлажнении, поэтому долго находиться на поверхности они не могут;
• мелкая моторика, вроде движений плавников и сокращения мышц, не прекращается никогда, в отличие от других млекопитающих;
• во время периодов снижения активности, которое можно было охарактеризовать как сон, дельфины не переставали всплывать на поверхность для дыхания или же, наоборот, нырять в глубину для увлажнения кожи;
• мозговая активность никогда не снижалась до уровня других животных и людей в спящем состоянии.

Особенности строения мозга

Однако изыскания в области сомнологии (наука о сне) показали, что механизмы и фазы сна одинаковы у всех высших животных. А в его отсутствии на протяжении более чем двенадцати дней у живого существа развиваются психические и поведенческие нарушения, а затем оно погибает.

Это заставило еще раз пересмотреть теорию об отсутствии сна у дельфинов и провести более глубокие исследования. Полученные данные были просто поразительными:

1. Дельфины все-таки спят.
2. У них наблюдается несколько иное строение мозга, позволяющее полушариям функционировать отдельно друг от друга.
3. Во время сна у всех китообразных правое и левое полушария спят попеременно, в то время как бодрствующее принимает на себя функции по управлению организмом.
4. У дельфинов есть способность ощущать магнитные потоки, что позволяет им не прекращать движение в определенном направлении в состоянии сна.

Как спит дельфин

Получается, что дельфины уходят в сон отдельно каждым полушарием головного мозга , при этом соответствующий спящему полушарию глаз закрыт, а не спящему – открыт. На время отдыха умные животные уходят с глубин опасного океана, где им угрожают аулы, на отмель.

Однако спать даже с одним открытым глазом могут только взрослые дельфины, в первый месяц жизни дельфинята действительно не засыпают. В этот же период вынуждены вести более активный образ жизни и самки, ухаживающие за новорожденными. Ученые полагают, что эта особенность обусловлена особым гормональным фоном.

Во время исследований сна также было выявлено, что китообразные способны видеть сны . Такой вывод ученые сделали, наблюдая за реакцией. Спящие животные издавали звуки, тревожились и проявляли другие эмоции, характерные для активности мозга.

Еще интересные факты

А еще, исследуя аномалии сна дельфинов, ученые параллельно сделали несколько интересных открытий. Оказывается, у каждого члена группы есть имя, которое он выбирает себе сам. Поэтому они могут идентифицировать друг друга и звать конкретную особь.

Также последние наблюдения подтверждают наличие развитой социальной структуры внутри отдельной стаи и способность к сопереживанию. Эти факты способствовали признанию дельфинов личностями в ряде одних стран и полном запрете на дельфинарии и любые использования китообразных для развлечений в других.

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.

Как хорошо утром проснуться, сделать зарядку, почистить зубы и пойти в школу. Если нас при этом вдруг поймают учёные и наденут на нас специальную шапочку, то они обязательно зарегистрируют электрическую активность нашего мозга. Клетки, из которых состоит наш мозг, всё время порождают электрические сигналы - колебания. Днём эти колебания будут маленькими и частыми - тем чаще, чем веселее и деятельнее мы себя ведём. Но совсем другую картину увидит учёный, если тихо подкрадётся к нам ночью. На картине активности мозга появятся очень большие, но редкие колебания. Это так называемая фаза глубокого сна: время, когда мы неподвижны, тело наше расслаблено, а глаза закрыты. Поймав достаточное количество мальчиков и девочек, а также дяденек и тётенек, учёные поняли, что спят так или иначе все люди.

Но на этом учёные не успокоились. Они стали ловить кошек, собак, поросят, ёжиков, петухов и измерять электрическую активность мозга у них. Оказалось, что мозг холоднокровных животных - ящериц, лягушек, саламандр - не умеет спать настоящим глубоким сном. Зато этот сон есть у всех теплокровных - у птиц, млекопитающих и у нас с вами. Учёные предполагают, что во время такого сна мозг отключается от внешнего мира и «усваивает» информацию, которую получил за день. А организм во время сна восстанавливает утраченные силы, чтобы утром мы смогли проснуться и с радостью встретить новый день.

Но и этого учёным было мало. Ведь кроме обыкновенных наземных млекопитающих, таких как кошки и собаки, бывают ещё совершенно диковинные морские млекопитающие. Это дельфины, киты, морские львы, ламантины, морские котики, ушастые тюлени. Внешне многие из них очень похожи на рыб. Но они совсем не рыбы. Они теплокровные, более того - млекопитающие.

Однако нацепить на кита шапочку с электродами, а тем более уговорить его некоторое время её поносить - это трудная задача. Ведь киты - не самые сговорчивые товарищи. Учёные со всего мира буквально гонялись за ними, потому что мечтали узнать: а как же они спят?

Это удалось отечественным исследователям во главе с доктором О. И. Ляминым. Они круглосуточно записывали электрическую активность мозга китов и дельфинов и пришли к неожиданному открытию. В одно и то же время одно полушарие у китов «спит», другое работает. Потом полушария меняются: активное засыпает, а спящее - просыпается. Это открытие профессор Лямин и его коллеги назвали «однополушарный сон». Таким образом, морские млекопитающие могут всё время двигаться.

Но зачем он нужен, этот хитрый однополушарный сон? Дело в том, что дельфинам надо дышать точно так же, как и нам. У них нет жабр, как у рыб. Им приходится каждые несколько минут всплывать к поверхности, чтобы вдохнуть. Конечно, можно было бы дремать у поверхности воды часик-другой. Крупные киты так и делают. А вот мелким китообразным зависать опасно, ведь в воде всё видно, их могут найти и съесть. Тут-то и выручает дельфинов однополушарный сон. Пока одна половина мозга спит - вторая напряженно работает. А потом они меняются. Вот каким хитрым образом морские млекопитающие всё время дышат и плавают и никогда не устают.

Художник Артём Костюкевич

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.