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

Sorry that something went wrong, repeat again!

2комментария

сначала новые
по рейтингу сначала новые по хронологии
1

я произошел от опоссума!

2
Андрей Саватеев

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