(Морские слоны — это ластоногие из семейства настоящих тюленей. В своем отряде эти животные самые крупные и превосходят размером всем известных моржей. Ближайшим родственником морских слонов является тюлень-хохлач, с которым у них есть общие черты. Всего существует 2 вида морских слонов — северный и южный.)
Северные морские слоны могут быть мастерами многозадачности в животном мире, потому что они научились спать и нырять одновременно, избегая при этом хищников.
Морские слоны могут провести семь или восемь месяцев в поисках пищи в северной части Тихого океана и путешествовать за тысячи миль от суши, что заставило исследователей задаться вопросом, как и где морские млекопитающие спят в открытом море.
Новое исследование, в котором участвовали тюлени с шапочками, похожими на те, что носят люди в клиниках сна, показало, что тюлени крадутся в короткий сон во время глубоких погружений, задерживая дыхание.
Когда тюлени испытывают сонный паралич, когда они входят в быстрый сон, они теряют контроль над своей позой и продолжают спускаться по спирали. Исследователи называют это «спиралью сна».
Это исследование стало первым случаем, когда ученые зафиксировали активность мозга у свободно живущих диких морских млекопитающих, собрав данные о 104 погружениях во сне. Отчет с подробным описанием результатов был опубликован в четверг в журнале Science .
«Представьте, что вы просыпаетесь от сна, вызванного храпом человека, на дне бассейна, а затем вам нужно быстро выплыть на поверхность, прежде чем утонуть», — говорит соавтор исследования Терри Уильямс, директор Лаборатории интегративной экофизиологии плотоядных и сравнительный экофизиолог Калифорнийского университета, Санта Круз. «Тюлени делают это каждый день — поистине удивительный мастер-переключатель мозга!»
По словам исследователей, 10-минутный сон во время этих 30-минутных погружений помогает морским слонам спать около двух часов в день во время походов за кормом, в отличие от 10 часов, которые они спят, дремля на пляже во время сезона размножения.
Африканский слон в настоящее время является рекордсменом среди млекопитающих, которые спят меньше всего, в среднем два часа в день, исходя из моделей его движений, но после этого нового исследования у слона может появиться соперник в виде морского слона.
И чтобы достичь этих результатов, исследователям пришлось проявить изобретательность, чтобы зафиксировать мозговые волны диких тюленей.
Сон в море
У некоторых животных есть необычные эволюционные приспособления, позволяющие спать, избегая при этом хищников и других рисков, таких как жующие во сне коровы, стоячие во сне лошади и птицы-фрегаты, которые могут спать и летать одновременно. Но морские млекопитающие, обитающие в открытом океане, сталкиваются с еще более сложными условиями.
«На данный момент у нас нет никакого понимания того, как и когда морские млекопитающие спят в море, и как наша человеческая деятельность может повлиять на их способность спать», — сказала ведущий автор исследования Джессика Кендалл-Бар, научный сотрудник с докторской степенью. Институт океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего. «Исследования когда-либо рассматривали сон морских млекопитающих только в неволе, но очевидно, что это не точное представление о том, как они спят в дикой природе».
По словам Уильямса, исследователи разработали систему, похожую на электроэнцефалограмму или ЭЭГ, но она была обтекаемой, водонепроницаемой и способной выдерживать давление глубоких океанских глубин.
«Для контроля сна мы создали гибкую неопреновую шапочку с золотыми датчиками, которые отслеживают сигналы сна, генерируемые мозгом», — сказал Кендалл-Бар.
«Мы используем те же датчики, которые используются в клиниках сна, которые помогают диагностировать людей, страдающих бессонницей, нарколепсией, обструктивным апноэ во сне и другими нарушениями сна.
Регистратор, который хранит эти данные о сне, также регистрирует трехмерное положение и поведение животного, чтобы мы могли воссоздать, как выглядят эти погружения во сне».
Кендалл-Бар впервые опробовала свое устройство на морских слонах, временно размещенных в Морской лаборатории Джозефа М. Лонга Калифорнийского университета в Санта-Крузе, при разработке прибора ЭЭГ. Затем она прикрепила их к 13 молодым самкам морских слонов, которые являются частью колонии в государственном парке Аньо-Нуэво в Пескадеро, Калифорния.
Тюленей с датчиками также выпустили на берег в южной части залива Монтерей. Когда они плыли обратно в Аньо-Нуэво и пересекали глубокий каньон Монтерей, исследователи собирали данные об их ныряющем поведении.
«Я провел много времени, наблюдая за спящими тюленями, — сказал Кендалл-Бар. «Наша команда наблюдала за тюленями с инструментами, чтобы убедиться, что они могут реинтегрироваться в колонию и вести себя естественно».
Чтобы проанализировать все данные, полученные регистраторами, Кендалл-Бар разработал алгоритм для определения периодов сна каждого тюленя и преобразования их в трехмерную визуализацию, чтобы увидеть, как положение тела млекопитающих менялось, когда они входили в фазу быстрого сна.
«Эта визуализация позволила нам увидеть, что тюлень перевернулся вверх ногами, когда перешел в фазу быстрого сна», — сказала она. «Это говорит нам о том, что тюлень потерял контроль над своей позой и был парализован на глубине, когда перешел в фазу быстрого сна».
Глубокие погружения
Чтобы избежать хищников, таких как касатки и акулы, морские слоны, за которыми наблюдала исследовательская группа, проводили около одной-двух минут на поверхности океана, чтобы дышать. После этого животные совершали 30-минутные глубокие погружения, все время задерживая дыхание.
Затем, на безопасных глубинах, пришло время вздремнуть. Мозговые волны тюленей показали, что млекопитающие вошли в стадию глубокого сна, называемую медленным сном, даже когда они продолжали контролируемое скольжение вниз во время своих погружений.
По словам соавтора исследования Уильямса, каждый спящий тюлень, спускаясь по спирали штопора, выглядел «как падающий лист». На мелководье морские слоны даже доходили до морского дна, где отдыхали.
Предыдущие исследования предполагали, что тюлени могут «нырять по течению», прекращая плавание и медленно погружаясь, сказал соавтор исследования Даниэль Коста, выдающийся профессор экологии и эволюционной биологии и заместитель директора Института морских наук Калифорнийского университета в Санта-Крус.
«Теперь мы, наконец, можем сказать, что они определенно спят во время этих погружений, — сказал Коста, — и мы также обнаружили, что в целом они спят не очень много по сравнению с другими млекопитающими».
Его лаборатория работала с морскими слонами в Аньо-Нуэво более 25 лет, что позволило исследователям определить «биохимическую характеристику сна», которую можно применить к существующему богатому набору данных Косты о диких тюленях, чтобы определить среднее количество времени, в течение которого они спят во время сна.
Нет никаких доказательств того, что такие короткие периоды сна негативно влияют на тюленей, но было бы интересно проследить за восстановлением сна у животных при возвращении на сушу, говорят исследователи.
Понимание того, где кормятся и размножаются морские млекопитающие, помогло ученым и защитникам природы разработать параметры охраняемых территорий для тех, кто находится под угрозой исчезновения и исчезновения. Но также необходимо учитывать предпочтительные места отдыха животных, или «спальные места».
Морские слоны больше всего спят вдоль побережья и вблизи мест кормления, и эти данные можно использовать, чтобы увидеть, как судоходство может повлиять на тюленей. В то время как морской слон является видом, который считается наименее опасным, когда речь идет о сохранении, другие виды, такие как гавайский тюлень-монах, находятся под угрозой исчезновения.
Понимание среды обитания находящихся под угрозой исчезновения тюленей может помочь защитникам природы защитить те районы, где они отдыхают в океане.
«Глядя на режим сна тюленей в море, вы можете составить «карты сна» — области критических мест обитания для отдыха, которые могут быть так же важны, как и охотничьи угодья, которые должны быть сохранены для животных», — сказал Уильямс. «Каждому нужна безопасная зона для сна, чтобы выжить».
