Сон у животных. Теплокровные.

Сон – это функция мозга. Следовательно, сон эволюционировал вместе с мозгом. Попытаемся провести анализ, когда впервые в животном мире появляется сон и что было до его появления и ответить на вопрос: является ли сон функцией, свойственной только высшим животным и человеку или же это всеобъемлющий феномен, характерный для всех живых организмов? Проще говоря – все ли живые обитатели планеты Земля спят?

Вопрос не такой простой, как может показаться. В первую очередь потому, что животный мир невероятно разнообразен – от простейших одноклеточных и даже доклеточных (вирусы) существ до человека.

Разнообразны и образ жизни животных и их условия обитания: от морских глубин до высокогорий, от льдов Антарктики и до жерл действующих вулканов. Трудности вносит и тот факт, что исторически физиологи изучают сон не так давно (электроэнцефалограф был изобретен в 1934 году, а быстрый сон открыт лишь в 1953 году) и подопытными животными выступали представители млекопитающих, такие как крысы, собаки, кошки.

Структура сна и его физиология у этих животных не сильно отличается от человека и именно поэтому данные, полученные на лабораторных животных, аппроксимировались на человека. Других же представителей животного мира стали использовать в изучении сна только во второй половине прошлого века и пока удалось «протестировать» лишь ничтожную их часть: различные виды отряда грызунов (мыши, крысы, хомячки и др.), кошки, собаки, землеройки, голуби, дельфины, рыбки данио-рерио, дрозофилы и некоторые другие.

Поскольку эти животные принадлежат к разным классам (насекомые, рыбы, птицы, млекопитающие) и у них доказано наличие сна, то подавляющее число ученых переносят эти данные на еще не изученных животных и придерживаются мнения, что спят все живые существа Земли. Так ли это на самом деле?

Объективной характеристикой сна является биоэлектрическая активность мозга. Это значит, что о наличии сна можно судить только у тех животных, у которых имеется полноценный мозг или мозгоподобная структура, с которых можно снять показания ЭЭГ, что технически не всегда выполнимо. Поэтому у многих животных о наличии сна можно говорить только визуально по результатам 24 часовой видеорегистрации с последующим анализом.

Однако при таком подходе легко ошибиться, так как выяснилось, что многие представители животного мира спят в движении, с открытыми глазами, стоя и т.д. То есть визуально складывается впечатление, что такие животные не спят вовсе.

Поэтому был выработан другой подход, который применим как минимум в лабораторных условиях на низкоорганизованных животных (насекомые, беспозвоночные и др.): если периоды неподвижности, регистрируемые в течение суток при нормальных условиях, увеличиваются после того, как животному не давать покоя в течение какого-то времени, то, скорее всего, это говорит о наличии сна у данного животного, поскольку депривация сна всегда вызывает его отдачу (увеличение количества сна по отношению к нормальному уровню после депривации). С простыми периодами покоя (отдыха) такой закономерности не наблюдается. Тем не менее, будет более корректно употреблять термин «сон» только к теплокровным животным (птицы и млекопитающие), тогда как к холоднокровным, а тем более беспозвоночным животным уместнее употреблять термин «сноподобное состояние».

Сон у теплокровных животных

Итак, начнем с гомойотермных животных, т.е. теплокровных. С ними все более или менее понятно. Сюда относятся представители класса животные и птицы, в том числе и человек. На сегодняшний день мы можем с полной уверенностью сказать, что все теплокровные спят. Однако спят по-разному и разное количество времени.

Здесь, в общем, тенденцию можно описать следующим образом: животные спят тем меньше, чем крупнее животное, поскольку у них меньше уровень метаболизма и тратится меньше энергии, необходимой на поиски пищи.

В противоположность этому животные малого размера спят больше, поскольку имеют высокий уровень метаболизма и тратят больше энергии на поиски пропитания. Так, лошади и коровы спят 3-4 часа, собаки – около 10 часов, тигры – 16, морские свинки и хомяки – от 10 до 14, ежи – 18, летучие мыши 20 часов. Хотя из этого правила есть исключения, выбивающиеся из этой тенденции.

Например, слоны спят 4-6 часов, что больше ожидаемого, а некоторые очень маленькие млекопитающие имеют такой высокий уровень метаболизма, что должны почти все время тратить на еду, чтобы не погибнуть.

Есть и другая тенденция: система хищник-жертва. Больше по времени спят животные-хищники, меньше – их жертвы. И это понятно, потенциальные жертвы должны быть все время на чеку. На рис.1. видно, что на одном конце малоспящих находятся в основном растительноядные копытные животные (жирафы, слоны, лошади, овцы), на другом конце многоспящих – в основном хищники (тигры, кошки, собаки). Но и тут есть исключения. В числе долгоспящих находятся такие животные как оппосумы (18 часов сна), ленивцы и летучие мыши (до 20 часов сна).

3rWS0nJ0MfA

Рис.1. График продолжительности сна у различных животных.

Следует сказать, что данные по продолжительности сна у животных в некоторой степени приблизительные, поскольку, как уже было сказано, визуально не всегда можно точно определить спит животное или нет, а ЭЭГ данные регистрировались лишь на очень ограниченном количестве животных.  Также следует иметь в виду, что данные, полученные в лаборатории могут не совпадать с картиной, наблюдаемой в естественных условиях обитания. Например, по данным Нильса Раттенборга сон ежей в природе на 6 часов короче зарегистрированного в лаборатории.

На продолжительность сна влияет и образ жизни животного. Так, жвачные спят мало еще и потому, что им требуется гораздо больше времени на обработку пищи (растительная пища плохо усваивается и ее нужно пережевывать по нескольку раз). Хотя, по последним данным, жвачные могут спать не переставая жевать!

В зависимости от образа жизни – сумеречного, ночного или дневного – животные могут спать в разное время суток и, как правило, у всех животных наблюдается что-то вроде ритуала к отходу ко сну. Собаки и кошки вертятся на месте, утаптывая место, где собираются расположиться. Мыши и крысы тщательно умываются перед сном. Шимпанзе устраивают гнезда на деревьях. Слонам важен физический контакт с собратьями.

О том спит животное или нет можно и по позе, которую они принимают. Грызуны, кошки, собаки сворачиваются калачиком, львы и медведи спят на спине скрестив на груди передние лапы, жирафы спят на коленях, заворачивая шею вокруг ног, летучие мыши свешиваются вниз головой и закрываются крыльями, а копытные животные могут вообще спать стоя.

sleeping-horses

Причем, если они спят стоя, а они в этом случае могут находиться с открытыми глазами, то на их ЭЭГ не регистрируются фазы быстрого сна, а если спят лежа, то на ЭЭГ регистрируется максимально глубокий сон и быстрая фаза.

Птицы спят на ветках, пряча голову под крыло. Почему они во сне не падают с веток? Да потому, что им нужны мышечные усилия для того, чтобы разжать лапы, а не сжать, как у млекопитающих. Крупные голенастые птицы (фламинго, цапли) спят на одной ноге, опять-таки спрятав голову под крыло.

sleeping bird

Однако есть группа высоко специализированных к среде обитания животных, которые, кажется, не спят вовсе. Это различные представители отряда китообразные. Дело в том, что это морские животные, постоянно живущие в воде, дышат атмосферным воздухом.

Если кит или дельфин заснет и «проспит» очередной вдох, он, как это ни странно, может утонуть. Более того морским млекопитающим необходимо постоянно двигаться, так как из-за более высокой теплопроводности воды, тело остывает быстрее и за время сна организм может просто погибнуть от переохлаждения.

Эта загадка будоражила умы ученых до тех пор, пока в 1973 году не было проведено масштабное исследование на дельфинах под руководством А.Я. Супина и Л.М. Мухаметова. ЭЭГ снимали дистанционно при помощи вживленных в мозг электродов. Результаты оказались сенсационными. Оказалось, что полушария мозга дельфинов спят поочередно (рис.2): пока бодрствует левое полушарие – правое спит и наоборот, чередуясь примерно каждые 90 мин.

При этом если спит левое полушарие, то закрывается глаз и расслабляются мышцы плавника на правой стороне, а левая сторона  бодрствует, что позволяет животному дышать и продолжать двигаться. Невероятно, на что идет природа, чтобы сохранить сон! Это лишний раз подтверждает насколько это важная функция для организма. Таким образом, дельфины спят в движении, что кажется невероятным, поскольку одним из атрибутов сна является неподвижность и расслабленность мышечной системы.

UFFTIJviVpY

Рис.2. Пример ЭЭГ регистрации однополушарного сна у дельфинов.

Позже однополушарный сон был обнаружен у ушастых тюленей и морских котиков. Если эти животные спят на суше, то у них спит весь мозг, однако если они спят под водой, то сон перестраивается и становится однополушарным, как у дельфинов. При этом исчезает фаза быстрого сна. В таком режиме ластоногие могут пребывать до двух недель.  Этот факт ярко иллюстрирует зависимость сна от условий обитания. У крупных китов, модель сна, вероятно, иная. Как выяснила группа исследователей из института Сент-Эндрюс (Шотландия), киты спят в «течение короткого периода быстрого погружения в воду, набирая по 10-15 минут сна в течение нескольких часов».

А как спят перелетные птицы во время ежегодных миграций, которые преодолевают гигантские расстояние? Часто перелеты могут продолжаться непрерывно в течение нескольких дней без перерывов на отдых, при этом птицы летят по ночам в темноте без визуальных ориентиров.

Sterne_artique_3a

Например, полярная крачка (Sterna paradisaea) преодолевает невероятные расстояния каждый год (до 70 тысяч километров), поскольку гнездится она у полярного круга в Арктике, а зимует в Антарктике.

sterna hirundo

Речная или обыкновенная крачка (Sterna hirundo) может преодолевать 26 000 км в один конец; ласточки до 10 000 км; кулики-веретенники до 23 000 км в оба конца;

Rufus

крохотный охристый колибри (Selasphorus rufus) ежегодно мигрирует из Аляски на зимовку в Мексику, преодолевая 10 000 км.

Спят ли птицы во время перелетов? Как оказалось, да. Было замечено, что каждые 10-15 минут птицы в стае перестраиваются: те, что с краю, перемещаются внутрь стаи, и наоборот. Дело в том, что в середине стаи образуется воздушный поток, создаваемый впереди летящими птицами, который помогает переходить в парящий режим тем особям, которые находятся внутри стаи. В таком режиме птицы могут немного отдохнуть и поспать. Факт, что птицы могут спать на лету доказал на утках исследователь Нильс Раттенборг из Орнитологического института им. Макса Планка доказал в 1999 году.

Niels Rattenborg

Кроме того, есть предположение, что птицы также могут обладать способностью к однополушарному сну. Ведь существуют птицы, которые проводят в воздухе большую часть своей жизни (фрегаты, альбатросы), не образуя при этом стай.

Итак, мы выяснили, что можно спать на лету, под водой, в движении и одним полушарием мозга. Остается только удивляться, на что идет природа, чтобы сохранить сон во что бы то ни стало.

Cон теплокровных в ряду от примитивных млекопитающих (яйцекладущий утконос и сумчатый опоссум) через птиц к приматам и человеку не претерпевает каких-либо принципиальных усложнений. У всех теплокровных можно различить фазы медленного и быстрого сна (у птиц быстрого сна в несколько раз меньше, чем у млекопитающих).

Пока известны лишь два исключения – это китообразные, в том числе дельфины и австралийская ехидна, у которых отсутствует быстрый сон. Однако отсутствие быстрого сна у ехидны не говорит о какой-либо эволюционной закономерности, поскольку быстрый сон существует у еще более примитивного и эволюционно-древнего вида, чем ехидна – у утконоса. Причем у утконоса быстрый сон занимает около 50% от всего сна, что выше, чем у других животных.

Вообще же различие между сном, например, крысы и человека лишь в том, что сон крыс, как и многих других млекопитающих, полифазный, т.е. животное спит несколько раз в сутки, а у человека монофазный. Однако есть свидетельства, что до изобретения электричества сон человека также был полифазным. В редуцированном виде это сохранилось в виде сиесты. В настоящее время полифазный сон у человека также встречается: у новорожденных и у лежачих больных.

В следующей статье я расскажу про сон у холоднокровных позвоночных.

Yawning fox


Новые посты проще всего отслеживать по анонсам в наших пабликах ВКонтакте и Фейсбуке.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.

2 комментария

по хронологии
по рейтингу сначала новые по хронологии
1

я произошел от опоссума!

2

У меня это сегодня была первая мысль, когда я пост прочитал. Только я произошел от крысы. В любом случае, все питерцы принадлежат правой половине графика