Otázka “Spějí ptáci za letu?” Zdá se to absurdní: pták přece potřebuje pracovat křídly a zároveň se dívat, kam letíte. Co je to za sen! Je to jako zeptat se sportovce, jestli může při běhu usnout. Je samozřejmé, že ptáci, aby mohli spát, potřebují někde sedět a často vidíme holuby, vrabce, vrány a kachny spí na stromech, drátech nebo prostě na zemi.
Ale mezi ptáky jsou tací, kteří dělají velmi dlouhé lety a obecně se cítí lépe ve vzduchu než na zemi. Jedná se například o swifty. Stěhovavé druhy rorýsů migrují tisíce a tisíce kilometrů. Na zemi je lze spatřit pouze při násadových vejcích. Rychlík má tak krátké nohy, že nemůže chodit po zemi.
Před několika lety vědci ze Švýcarského institutu ornitologie, kteří se chtěli dozvědět více o chování těchto ptáků během migrace, připojili k několika rorýsům bělobřichým speciální senzory, které zaznamenávaly všechny pohyby ptáků a byly dostatečně malé a lehké, aby jim jakýmkoliv způsobem bránit. Ukázalo se, že během zimování rorýsi na zem vůbec nepřistávají. Létají bez mezipřistání nad západní Afrikou více než dvě stě dní a celou tu dobu téměř nestráví bez spánku.
Další příklad dlouhého letu bez mezipřistání demonstrují velké fregaty. Celý jejich život je spjat s mořem a pobřežím, ale neumějí plavat ani se potápět. Fregaty loví ryby z vodní hladiny, sledují vodní predátory, kteří pronásledují hejna ryb a proudy unášející něco jedlého z hlubin moře.
Letos v létě vyšel v časopise Science článek, jehož autoři tvrdili, že fregaty jsou schopny strávit dva měsíce ve vzduchu bez přistání. Vynakládají málo energie: ptáci pomocí stoupajících proudů vzduchu stoupají do výšky až 4 km a odtud pomalu, během několika hodin, sestupují. S největší pravděpodobností si stihnou při plachtění zdřímnout, ale abychom si byli jisti s jistotou, a nikoli nepřímými důkazy, je nutné zaznamenávat signály mozkové aktivity létajícího ptáka.
Takový zdánlivě nemožný experiment byl nakonec proveden. Vědci z Max Planck Institute for Ornitology a University of Zurich vyvinuli zařízení, které zaznamenává elektrické rytmy mozku fregaty, polohu její hlavy, způsob letu (pták klouže nebo mává křídly), rychlost a směr pohybu. Zařízení bylo vyrobeno tak, aby jej bylo možné umístit na hlavu ptáka, aniž by ho nějak rušilo. Pro experiment bylo vybráno 3000 dospělých samic z Galapágských ostrovů a nastal čas, aby nakrmily svá mláďata. Ptáci se několik dní krmili nad oceánem (vzdálenost, kterou za tuto dobu celkem urazili, byla asi XNUMX km), a poté se vrátili na břeh, kde byli znovu odchyceni a sledovací zařízení se zaznamenanými údaji bylo odstraněno z jejich hlava.
Co je to za data? Jak si pamatujeme, spánek se skládá ze dvou dlouhých fází, které se liší nejen elektrickou aktivitou mozku, ale také obecnou fyziologií: pomalá, která se sama rozpadá do několika fází, a rychlá, neboli REM fáze (z anglického výrazu „ rychlé oko“). pohyby“ – rychlé pohyby očí). V REM spánku, na rozdíl od non-REM spánku, se oči začnou pohybovat pod víčky, dýchání a srdeční frekvence se mění a mozkové rytmy se objevují, jako by byl mozek vzhůru. Článek v Nature Communications, vydaný v srpnu tohoto roku, říká, že fregaty přes den nespaly, ale jak padala noc, objevily se v jejich mozku pomalé spánkové rytmy. „Ospalé“ rytmy u ptáků většinou vznikaly pouze v jedné hemisféře, ale někdy „usnuly“ obě hemisféry současně.
Unihemisférický spánek, kdy hemisféry spí střídavě, není tak neobvyklý. Takto spí někteří vodní savci (tuleň, delfíni, kapustňáci) a někteří ptáci. Část mozku, která je bdělá, pomáhá plavat, pokud se jedná o vodního živočicha, nebo prostě jen sleduje dění kolem. Například v hejnu ptáků mají jedinci, kteří jsou na okraji, během spánku jedno oko otevřené, aby si včas všimli blížícího se predátora (je jasné, že s otevřeným okem je spojena právě bdělá hemisféra). Lidé mají také jakýsi jednohemisférický spánek (viz Věda a život, č. 8, 2016, článek) – zapíná se, když musíme spát na novém místě. Pravda, na rozdíl od zvířat se hemisféry lidského mozku nenahrazují „ve službě“, to znamená, že bdělá hemisféra zůstává vzhůru až do rána.
Nad oceánem se fregaty nemusí bát predátorů, ale potřebují udržovat správný směr letu. Stoupající ve spirále na stoupajících proudech vzduchu udržují otevřené oko, které se dívá ve směru zatáčky. Odpovědnosti hemisfér jsou rozděleny podle toho: která z nich nyní spí a která ne. Zcela výjimečně je u fregat pomalý spánek nahrazen rychlým spánkem, který trvá jen několik sekund.
REM spánek se u savců a ptáků liší. U zvířat trvá několik minut až několik desítek minut a je doprovázena úplnou svalovou relaxací. Ptáci mají mnohem kratší REM spánek a zároveň nějakým způsobem udržují tonus některých svalů. Například navzdory REM spánku mohou ptáci i nadále stát na jedné noze. I když fregaty během REM spánku spadly hlavy, nevybočily ze svého kurzu. Celkově však fregaty za letu spí málo, pouze 42 minut denně, zatímco na souši někdy tráví spánkem 20 hodin. Období „pozemského spánku“ u fregat trvají déle a spánek sám se stává hlubším než ve vzduchu – pravděpodobně má stále vliv chronický nedostatek spánku během letu. Je docela možné, že ostatní ptáci, kteří tráví několik dní v letu, spí stejným způsobem – po troškách – a vypínají hemisféry odděleně.
O některých ptácích je známo, že jsou schopni neuvěřitelně dlouhých letů, které až dosud zůstávaly pro vědce záhadou. Někteří vědci navrhli, že stěhovaví ptáci jsou nějakým způsobem schopni spát při letu. Nový experiment mezinárodního týmu vědců tuto teorii prokázal a prokázal, že ptáci si mohou ve skutečnosti zdřímnout, zatímco pokračují v letu plovoucím proudem.
Na fregaty byla umístěna sledovací zařízení. Don Mammoser | Shutterstock
Výsledky studie Nielse Rattenborga (Niels Rattenborg ) z Institutu Maxe Plancka a jeho kolegů z řady dalších ústavů byly v časopise publikovány Přírodní komunikace. Vědci poskytli důkazy, že ptáci mohou během letu spát buď tím, že udržují jednu polovinu svého mozku aktivní, nebo dočasně vypnou obě mozkové hemisféry. Je pozoruhodné, že stěhovaví ptáci si zachovávají svou schopnost navigace i během takzvaného spánku „rychlého pohybu očí“, během kterého tělo dočasně ztrácí svalový tonus.
Je dobře známo, že ptáci, jako jsou rorýsi a brodiví, jsou schopni během migrace překonat obrovské vzdálenosti. Vědci proto předpokládají, že takoví ptáci by si měli vyvinout schopnost na chvíli vypnout jednu polovinu mozku a dát druhé odpočinout a bez rizika pádu za letu. Delfíni mají podobný mechanismus regulace spánku. Umožňuje jim zůstat na hladině, aniž by se během spánku potopili.
Doposud však pro tento předpoklad neexistoval žádný konkrétní vědecký důkaz. Aby potvrdili svou teorii, Rattenborg a jeho kolegové přímo zaznamenávali mozkovou aktivitu ptáků během letu. Jejich cílem bylo zjistit, jaký typ spánku – pomalý nebo rychlý – je přítomen u ptáků během dlouhých letů.
Společně s výzkumníky z Curyšské univerzity a Švýcarského federálního technologického institutu vyvinul Rattenborgův tým malé zařízení, které bylo připevněno k hlavě ptáka a které zaznamenávalo mozkovou aktivitu a zaznamenávalo také pohyby ptačí hlavy.
Jako výzkumné objekty byly vybrány fregaty, které hnízdí na Galapágách. Tito ptáci musí často strávit několik týdnů létáním nad oceánem při hledání kořisti. Výsledkem bylo, že v rámci studie fregaty s malým zařízením na hlavě uletěly asi 3000 kilometrů, aniž by se zastavily, aby si odpočinuly.
Po odstranění záznamníků a analýze letových dat výzkumníci učinili překvapivé objevy. Ukázalo se, že ptáci byli vzhůru pouze během denního světla, ale po západu slunce se přepnuli do režimu plachtění (na rozdíl od aktivního hledání potravy) a zařízení začalo zaznamenávat spánek s pomalými vlnami, který mohl trvat až několik minut.
Bylo kuriózní a pro vědce zcela neočekávané, že pomaluvlnný spánek lze zaznamenat jak na jedné hemisféře (jak vědci původně předpokládali), tak na obou hemisférách současně. Vědci dospěli k závěru, že ptáci obecně nevyžadují neustálou aktivitu jedné hemisféry mozku pro aerodynamickou kontrolu. Takový sen se však v rámci této studie vyskytoval poměrně často, když ptáci, kroužící, stoupali vzhůru na vzdušných proudech. To naznačuje, že ptáci doslova spali jedním okem a druhým se dívali, aby se nesrazili s překážkami.
Pokud jde o fázi REM spánku, je třeba poznamenat, že se liší u ptáků od podobného typu spánku u savců. Na rozdíl od lidí, u kterých jsou fáze REM spánku dlouhé a způsobují úplnou ztrátu svalového tonusu, u ptáků tato fáze trvá jen několik sekund. Kvůli ztrátě svalového tonusu však ptákům během REM spánku klesají hlavy, což však neovlivňuje samotný let.
Navzdory této úžasné schopnosti spát během letu se ukázalo, že celková doba spánku fregat je extrémně krátká. V průměru spali tito ptáci pouze 42 minut denně. Naproti tomu tito ptáci obvykle spí 12 hodin denně, když zůstávají na souši. Takový výrazný kontrast v chování ptáků zůstává pro vědce záhadou.
Schopnost ptáků usnout během letu. Tato dovednost ptáků byla podezřelá již dlouho, ale až nyní byla prokázána. Je zajímavé, že nová studie také ukazuje, že způsob krátkého spánku za letu je mnohem neobvyklejší, než se dříve myslelo.
Tento objev podle vědců konečně pomůže vysvětlit, jak ptáci dokážou létat několik dní (nebo dokonce týdnů), aniž by se unavili.
Ornitologové úplně nechápali, co se s ptáky během letu přesně děje: buď zůstávají vzhůru po celou dobu cesty, nebo používají pouze jednu hemisféru mozku, zatímco druhá odpočívá. Bylo například zjištěno, že kachny jsou schopny usínat pouze s jednou hemisférou, takže i ve spánku zůstávají ve střehu a včas zaznamenají přiblížení dravce. Dříve byl stejný rys pozorován u delfínů. Mimochodem, .
V nové studii němečtí vědci měřili mozkovou aktivitu fregaty, mořského ptáka, o kterém je známo, že létal nad oceánem celé týdny při hledání ryb. Tým vyvinul malé zařízení, které monitorovalo elektroencefalografické změny v mozkové aktivitě ptáků. Zařízení, kterému přezdívali „letový záznamník“, bylo připojeno k 15 dospělým samičkám fregaty. Zařízení mohlo zaznamenávat spánek s pomalými vlnami a rychlý spánek s pohybem očí.
Tým sledoval mozkovou aktivitu po dobu deseti dnů, během kterých ptáci uletěli asi tři tisíce kilometrů. Kromě toho vestavěný senzor GPS sledoval polohu ptáků a výšku letu. Poté, co se ptáci vrátili, ornitologové shromáždili „letové záznamníky“ k analýze zaznamenaných dat a byli velmi překvapeni získanými výsledky.
Přes den byli ptáci vzhůru a aktivně hledali ryby, ale jakmile zapadlo Slunce, ptáci vstoupili do fáze pomalého spánku a pokračovali v letu. Je pravda, že takový sen trval jen několik minut.
Ptáci nejčastěji během spánku používali pouze jednu hemisféru, což vědci očekávali. Ale elektroencefalografická měření také ukázala, že obě hemisféry mohly okamžitě vstoupit do NREM spánku ve stejnou dobu, což nečekaně naznačuje, že ptáci jsou schopni řídit let, i když je celý mozek v „režimu spánku“.
Plný spánek s pomalými vlnami se typicky vyskytoval, když ptáci kroužili ve stoupavých proudech a nemuseli mávat křídly.
Asi největším překvapením byl ale fakt, že i přes tuto jedinečnou příležitost si fregaty samotné vystačily ve většině případů s krátkým spánkem. Netrvalo déle než jednu hodinu denně – v průměru jen 42 minut. To je méně než 10 % času, který ptáci tráví spánkem na zemi.
Vědci zatím nechápou, proč se to děje: zbývá ještě mnoho výzkumu. „Proč spí tak málo za letu, dokonce i v noci, kdy jen zřídka nacházejí potravu, je pro nás záhadou,“ říká autor studie Niels Rattenborg.
Studium této problematiky lidem v budoucnu podle odborníků pomůže. “Není úplně známo, proč my, jako mnoho zvířat, zatímco někteří ptáci mohou zůstat vzhůru po dlouhou dobu,” řekl Rattenborg.
Kteří ptáci spí v letu? (Pokud nějaké jsou!)
BLACK SWIFT (Apus apus) svým celkovým vzhledem odpovídá výše uvedenému popisu swiftů. Barva je hnědočerná se slabým nazelenalým nádechem. V létě peří velmi bledne a celkově vybledne barva. Zobák a nohy jsou černé. Prsty jsou malé a směřují dopředu. Délka křídla 15-18 cm, hmotnost 95-110 g. Rorýs černý obývá Evropu s výjimkou její tundrové části a severozápadní Afriku; za Uralem se usazuje v Transbaikalii a na poloostrově Liaodun, šíří se na sever k 62-65° severní šířky, na jih k Palestině, Sýrii a Himalájím. Na zimu odlétají rorýsi černí do Afriky, kde zabírají celou její jižní část od rovníku až po jižní cíp kontinentu a také Madagaskar. V současnosti je rorýs ve většině svého areálu městským ptákem. Hnízdí i na venkově, zejména tam, kde jsou kamenné stavby – kostely, sila apod. Ale například v Zabajkalsku žije rorýs černý pouze v lesích a ve městech ho nahrazuje jiný druh – rorýs bělohromý . Zastavme se u některých nedávno objevených ekologických rysů rorýsů. Rorýsy černé přilétají pozdě a jejich příchod obvykle znamená nástup stabilního teplého počasí. Přílet rorýsů však neprobíhá tak hladce, jak se v poslední době předpokládalo, rorýsy přilétají v malých dávkách, často s přestávkami jednoho nebo dvou nebo i několika dnů. Vzhled rorýsů je zpravidla spojen s cyklónem: rorýsi létají „na zadní straně cyklónu“. Po příletu uplyne jen velmi málo dní a rorýs černý zahájí stavbu hnízda, která trvá 8 dní. Poté jsou vejce snesena; Jsou 2-3, častěji však 2. Snůška je jedna ročně. Oba ptáci se inkubují. Délka inkubace rorýsů je velmi nestabilní: pohybuje se mezi 16 a 11 dny, což závisí na počasí. Pokud se ochladí a prší, hodně času se stráví hledáním potravy a na inkubaci prostě není čas. Za zvlášť špatného počasí se však rorýs vrátí do hnízda a sedne si tam. Ale taková „inkubace“ je velmi málo užitečná, protože hladový pták nemůže produkovat teplo potřebné pro inkubaci. A pokud je potrava opravdu špatná, rorýsi se osvobodí od starostí s hnízděním. Jednoduše vyhazují vejce ze svých hnízd, i když do vylíhnutí mláďat zbývá málo času. Vylíhlá mláďata zůstávají v hnízdě dlouho a různě dlouhou dobu v různých letech. V nejpříznivějších případech vylétají z hnízda 38. – 39. den života, někdy i 35. nebo 33. den. V nepříznivých letech zůstávají v hnízdě až 56 dní. Černá rychlá kuřátka mají jednu neobvyklou a v tomto případě pro ně příznivou vlastnost. Nejsou to striktně homotermní (teplokrevní) stvoření. V případě hladovění se tělesná teplota kuřat stává nestabilní a někdy dokonce klesne na 20 C.
Švýcarští vědci použili elegantní experimentální uspořádání, aby dokázali, že velké fregaty mohou během letu skutečně spát. Práce výzkumníků z ETH Zurich pod vedením Alexeje Vyssotského byla publikována v Nature Communications.
Velká fregata. Foto: Wikipedie
Autoři článku se zaměřili na příbuzné pelikánů a kormoránů, tzv. fregaty velké, ptáky, kteří jsou schopni létat nad oceánem déle než měsíc při hledání potravy. Je zvláštní, že latinský název tohoto ptáka je „malá fregata“ (Fregata minor) – protože v rodu fregat není fregata velká největším ptákem.
Vědci zachytili jeden a půl tuctu samic fregaty na slavných Galapágách, poté implantovali elektrody pod každou lebku, aby získali elektroencefalogram.
Kromě EEG senzorů, z nichž každý byl jen půl milimetru dlouhý, bylo na kůži ptáka připevněno 55gramové zařízení, které sbíralo EEG data, rychlost a GPS souřadnice létajících ptáků. Ptáci absolvovali „rehabilitační kurz“ a byli vypuštěni k lovu.
Rozložení přístroje s GPS a EEG elektrodami. Nemocný. z diskutovaného článku.
Po dlouhé době lovu ptáků se vědcům podařilo najít 14 z 15 samic, odstranit elektrody a zařízení a rozluštit obdržené informace. Jedná se o první přímou studii EEG ptáků na dálkových letech.
Ukázalo se, že ptáci, kteří za 3000 dní urazili až 10 42 km, byli obvykle celý den a část noci vzhůru, ale v noci někdy upadli do pomalého spánku, který pokrýval jednu i dvě mozkové hemisféry. Další věc byla překvapivá: ptáci také zažili spánek s rychlým pohybem očí (slavný REM), ale stále neztratili kontrolu nad letem. Pomalovlnný spánek i REM spánek však u ptáků trvaly jen několik minut (v průměru 24 minut za XNUMX hodin). Když jsou ptáci na zemi, spí stejně jako lidé – sedm hodin denně.
Ve svém budoucím výzkumu vědci doufají, že pochopí dvě věci: jak se ptákům daří udržet kontrolu nad letem, když spí, a jak se jim daří fungovat na tak malém spánku.
Text: Alexey Paevsky
Důkaz, že ptáci spí uprostřed letu
Niels C Rattenborg, Bryson Voirin, Sebastian M. Cruz, Ryan Tisdale, Giacomo Dell’Omo, Hans-Peter Lipp, Martin Wikelski & Alexei L. Vyssotski
Nature Communications, doi:10.1038/ncomms12468
Další důvod, proč spát osm hodin
Lékaři doporučují spát alespoň 8 hodin – každý to ví. Ale proč zrovna 8? Počet hodin spánku je samozřejmě individuální a závisí na různých vlastnostech.
Neurovědy ve vědě a přírodě. Vydání 130: Proč se vám chce spát, když jste nemocní
Po prostudování více než 12 000 ovocných mušek identifikovali vědci z Perelman School of Medicine na Pensylvánské univerzitě gen zvaný nemuri (z japonského nur, což znamená spánek), který z nás dělá více.
„Sprint“ spánek: tělo je proti
Mnoho lidí sní o tom, že budou spát o něco déle než obvykle, protože nejčastěji spí mnohem méně, než je doporučeno pro normální pohodu. Na…
Bolest a nespavost: jak se dostat ze začarovaného kruhu?
Proč člověk nemůže spát? Na vině může být celá řada faktorů, ale pokud má oblast chronické bolesti, odpověď je zřejmá. Mezi chronickými.
Denní světlo proti „elektronickým“ poruchám spánku
Přiznejte se, kdo včera před spaním procházel feedem nebo odpovídal na zprávu, která „přiletěla“ ze sociální sítě? Ano, ano, vy jste ten ohrožený.
Narkoleptičtí červi řekli, proč spíme
Američtí vědci zjistili, jaké funkce vykonávají gliové buňky v mozku v systému spánek-bdění. Také práce publikované v Cell Reports ukázaly vliv spánku na vývoj těla. C….
Nedostatek spánku je přímou cestou k Alzheimerově chorobě
Špatná zpráva pro milovníky nočního života a všechny nevyspalé: nedostatečný a nekvalitní spánek s vysokou pravděpodobností povede k Alzheimerově chorobě. To je okamžitě uvedeno v.
