Представь ночь посреди океана. Под тобой несколько километров воды, вокруг волны, а кровати нет вообще. Именно здесь должен отдыхать кит — животное, которому, как и человеку, нужен сон и которое при этом может дышать только воздухом.
Короткий ответ: киты спят в воде, но их сон устроен иначе, чем человеческий. У изученных китообразных встречается однополушарный сон, при котором одна половина мозга находится в состоянии медленного сна, а другая остаётся более активной. Это позволяет сохранять движение, связь с окружающей средой и регулярно подниматься к поверхности для дыхания.
.jpg){kind=link}
Как спят киты в океане
Китообразные могут отдыхать прямо в воде: медленно плыть, держаться возле поверхности или принимать характерное для своего вида положение. Единой «позы сна» для всех китов не существует.
Человеку удобно разделять жизнь на два состояния: днём мы двигаемся, ночью ложимся и надолго почти полностью выключаемся из окружающего мира. Для кита такая система неудобна. Даже во время отдыха ему приходится учитывать положение тела в воде, необходимость дышать и происходящее вокруг.
У некоторых китообразных сон может сопровождаться медленным плаванием. У поверхности крупных китов наблюдают длительные периоды почти неподвижного отдыха. Англоязычные наблюдатели иногда называют такое поведение logging: тёмная спина животного действительно напоминает бревно на воде.
Но здесь нужно различать отдых и доказанный сон. Если кит неподвижно лежит у поверхности, по одной фотографии невозможно узнать, что именно происходит в его мозге.
Спит ли кит половиной мозга
У китообразных, сон которых изучали с помощью электроэнцефалографии, обнаружен однополушарный медленный сон. Пока одно полушарие мозга находится в более глубоком состоянии отдыха, другое остаётся активнее.
Особенно хорошо это исследовано у дельфинов и белух. Животное при этом способно продолжать плавать, контролировать положение тела и поддерживать регулярные циклы выхода к поверхности.
Состояние глаз тоже может быть несимметричным: глаз, связанный с более активным полушарием, способен оставаться открытым.
Отсюда родилась популярная фраза «дельфин спит с одним открытым глазом». В ней есть научная основа, но превращать её в правило «любой кит всегда спит ровно половиной мозга» нельзя.
.jpg){kind=link}
Как киты дышат во сне
Чтобы сделать вдох, киту необходимо поднять дыхало над водой, поэтому его сон должен быть совместим с регулярным выходом к поверхности. Он не может часами неподвижно лежать на глубине и одновременно продолжать дышать.
Дыхательный цикл китообразного тесно связан с его движением и положением у поверхности. Когда дыхало оказывается над водой, оно открывается, животное быстро выдыхает и вдыхает новую порцию воздуха. Перед погружением дыхало снова закрывается.
Иногда дыхание китов называют полностью «сознательным» или «добровольным». Это слишком простое описание. Правильнее сказать, что у китообразных управление дыханием теснее связано с поведением и состоянием мозга, чем у спящего человека, которому не требуется менять положение тела ради каждого вдоха.
Почему спящий кит не захлёбывается
Дыхательные пути китов приспособлены к жизни в воде, а дыхало в норме закрыто во время погружения. Для вдоха животное должно оказаться у поверхности и открыть его.
У человека воздух проходит через нос или рот, а пути дыхания и питания пересекаются в глотке. У китообразных устройство головы сильно изменилось за миллионы лет жизни в океане.
Ноздри их предков постепенно сместились на верх головы и превратились в дыхало. Благодаря этому киту не нужно высовывать из воды всю морду — достаточно вывести к воздуху небольшую часть головы.
Но защита дыхательных путей не отменяет главного правила: если киту нужен новый вдох, он должен подняться к поверхности.
Почему кит не тонет во сне
Кит не падает на дно просто потому, что перестал активно работать хвостом: плавучесть его тела, положение у поверхности и характер сна позволяют отдыхать без бесконтрольного погружения.
На плавучесть влияют воздух в лёгких, количество жировой ткани, плотность остальных тканей и глубина. Поэтому представлять кита как огромный надувной круг тоже неправильно.
При глубоких погружениях давление воды сжимает наполненные воздухом части дыхательной системы, и плавучесть меняется. Некоторые ныряющие китообразные даже используют это: на определённой глубине они могут экономить энергию и скользить вниз почти без работы хвостом.
Во время отдыха задача другая. Животное выбирает такое положение и глубину, при которых может сохранять контроль и затем снова выйти к воздуху.
Как спят кашалоты
Кашалоты известны необычным отдыхом: они могут почти неподвижно зависать под водой в вертикальном положении головой вверх. Такое поведение исследователи связывают со сном.
В исследовании, опубликованном в журнале Current Biology в 2008 году, к кашалотам прикрепляли временные датчики на присосках. Приборы записывали глубину и движения животных.
Учёные обнаружили повторяющиеся неглубокие «дрейфовые погружения». Кашалоты прекращали обычное активное движение, разворачивались почти вертикально и оставались неподалёку от поверхности.
Такие эпизоды составляли примерно семь процентов общего времени записей. Авторы исследования предположили, что именно в эти периоды кашалоты спали.
Важно заметить: приборы измеряли движение и глубину, а не электрическую активность мозга. Поэтому правильнее говорить, что вертикальное зависание является очень сильным поведенческим свидетельством сна, а не что учёные сделали ЭЭГ спящего дикого кашалота в океане.
Почему кашалот спит вертикально
Точный ответ пока неизвестен. Вертикальная поза возникает во время характерных периодов пассивного отдыха и позволяет кашалоту оставаться сравнительно недалеко от поверхности, но утверждать, что учёные уже доказали единственную причину такого положения, нельзя.
Кашалот большую часть активной жизни проводит совсем иначе. Он способен нырять на огромную глубину в поисках кальмаров, а затем возвращаться наверх для дыхания.
Именно поэтому неподвижная группа почти вертикальных животных выглядит особенно странно. Огромные ныряльщики на короткое время превращаются в «подводные колонны».
Как спят горбатые киты
У горбатых китов наблюдают длительный спокойный отдых у поверхности, но подробности работы мозга во время такого состояния изучены намного хуже, чем у дельфинов.
Кит может двигаться очень медленно или почти неподвижно находиться у поверхности. Иногда рядом отдыхает детёныш.
Такое состояние удобно наблюдателю, но создаёт научную трудность. По внешнему поведению мы видим отдых, однако без записи работы мозга нельзя точно определить все стадии сна так же, как это делают в лабораторных исследованиях дельфинов.
Поэтому выражение «горбатый кит спит как бревно» годится как образ, но не как полное научное описание.
Как спят синие киты
О сне синих китов известно гораздо меньше, чем может показаться по популярным статьям. Это огромные дикие животные, и непосредственно регистрировать работу их мозга в естественной среде чрезвычайно сложно.
Исследователи могут устанавливать на китов датчики движения, глубины и звука, наблюдать периоды сниженной активности и сравнивать их с поведением других китообразных.
Но если в интернете встречается точное расписание вроде «синий кит спит столько-то часов в такой-то позе», полезно спросить: каким методом это измерили?
Наука о сне крупных китов всё ещё содержит много пробелов.
Сколько часов в сутки спят киты
Одного числа для всех китообразных нет. Синий кит, кашалот, косатка и афалина отличаются образом жизни, размером, глубиной погружений и организацией поведения.
Кроме того, само слово «сон» трудно измерять у свободно плавающего животного. У человека исследователь может записывать электрическую активность мозга всю ночь. У многотонного кита в открытом океане это гораздо сложнее.
Поэтому для разных видов данные имеют разную надёжность. Где-то сон изучен электрофизиологически, а где-то учёные вынуждены делать выводы по движениям, дыханию и периодам покоя.
Кит может плыть и одновременно спать?
Да, у некоторых китообразных медленное движение может продолжаться во время однополушарного сна. Сон и плавание у них не разделены так резко, как сон и ходьба у человека.
Это особенно хорошо показано у дельфинов. Пока одно полушарие мозга находится в медленноволновом сне, животное способно поддерживать движение и периодически выходить к поверхности.
Такой режим помогает решать сразу несколько задач: отдыхать, дышать, не терять положение в воде и сохранять контакт с окружающей средой.
Почему кит вообще должен спать
Киты — млекопитающие, и их нервной системе тоже необходим сон. Но эволюция приспособила этот сон к жизни в среде, где невозможно просто лечь и на восемь часов забыть о дыхании.
Предки китов были наземными млекопитающими. За миллионы лет их тело изменилось почти полностью: передние конечности превратились в ласты, задние сильно уменьшились, хвост стал главным движителем, а ноздри переместились вверх головы.
Но две старые обязанности остались.
Нужно дышать воздухом.
И нужно давать мозгу отдых.
Однополушарный сон оказался одним из решений этой странной двойной задачи.
Неужели кит никогда не спит очень крепко
Мы не можем распространить один ответ на все виды китообразных. У изученных дельфинов сон заметно отличается от типичного глубокого двуполушарного сна наземных млекопитающих, а кашалоты демонстрируют периоды очень малоподвижного отдыха.
Но крупные дикие киты остаются одной из трудных групп для исследования сна. Поэтому хороший научный ответ иногда заканчивается не точкой, а вопросом.
Так как же спят киты и почему они не тонут
Киты спят в воде, приспосабливая отдых к необходимости регулярно дышать и сохранять положение тела. У исследованных китообразных сон может быть однополушарным, поэтому часть мозга отдыхает, а другая остаётся активнее.
Одни животные медленно плывут или отдыхают возле поверхности. Кашалоты способны проводить периоды отдыха почти вертикально под водой. При этом плавучесть и контролируемое положение тела не дают киту просто бесконтрольно провалиться на дно.
Но главный ответ интереснее любой простой формулы.
«Как спит кит» — это не один трюк, одинаковый у всех видов, а целая группа решений одной задачи: дать мозгу отдохнуть в океане и при этом не потерять возможность сделать следующий вдох.
Коротко для школьного сообщения
Киты спят прямо в воде. У хорошо изученных китообразных встречается однополушарный медленный сон: одна половина мозга отдыхает, а другая остаётся более активной.
Китообразные дышат воздухом, поэтому во время отдыха должны регулярно поднимать дыхало над поверхностью. Их сон и дыхание согласованы с движением тела.
Кашалоты могут отдыхать почти вертикально под водой. Такое поведение обнаружили с помощью датчиков движения и глубины и считают признаком сна.
Крупные усатые киты могут подолгу спокойно находиться у поверхности, однако подробности сна многих диких видов всё ещё изучены не полностью.
Источники
- Neuroscience & Biobehavioral Reviews — Cetacean sleep: an unusual form of mammalian sleep
- Журнал высшей нервной деятельности — Sleep in cetaceans
- Current Biology — Stereotypical resting behavior of the sperm whale
- NOAA Fisheries — Dolphins and Whales on the High Seas