Механизм сна с работающей половиной мозга

У человека дыхание происходит на автомате. Мы спокойно засыпаем, а продолговатый мозг отправляет сигналы диафрагме и межреберным мышцам без нашего сознательного участия. У китообразных дыхательная система устроена иначе. Дельфины дышат осознанно, контролируя каждый вдох и выдох через дыхало на темени. Полное отключение сознания в воде привело бы к удушью через несколько минут.

Природа решила эту проблему разделением фаз сна между полушариями. Когда дельфину требуется отдых, в коре одного полушария начинается медленноволновой сон. Электроэнцефалограмма в этот момент регистрирует характерные дельта-волны высокой амплитуды и низкой частоты. Второе полушарие сохраняет быстрые волны бодрствования. Физиологически это выглядит так: дельфин закрывает глаз, связанный со спящей половиной мозга, а противоположным глазом продолжает следить за обстановкой.

Правое полушарие управляет левым глазом, а левое полушарие отвечает за правый глаз. Зрительные нервы у китообразных совершают практически полный перекрест в хиазме. Поэтому, если у афалины закрыт правый глаз, у нее спит левая половина мозга. Дежурный глаз следит за сородичами в стае, хищниками и препятствиями.

Как дельфин дышит и двигается во время отдыха

Осознанное дыхание требует регулярного подъема к границе воды и воздуха. Бодрствующее полушарие посылает телу команду сделать легкий взмах хвостовым плавником. Животное всплывает, выставляет дыхало над поверхностью, делает мощный выдох со скоростью до ста метров в секунду и глубокий вдох. Весь процесс газообмена занимает меньше половины секунды. После этого плотный мышечный клапан дыхала наглухо закрывается, предотвращая попадание соленой воды в легкие.

Во время отдыха дельфины используют три основные модели поведения в зависимости от течений, погоды и структуры стаи:

  • Медленное непрерывное плавание по кругу или по прямой линии у самой поверхности воды.
  • Дрейф на глубине от одного до трех метров с периодическим ленивым всплытием благодаря положительной плавучести жировой прослойки.
  • Зависание вертикально у поверхности, когда кончик дыхала касается атмосферного воздуха.

Мышечная активность во время однополушарного сна не затухает полностью. Непрерывные микроскопические движения хвоста и грудных плавников решают еще одну задачу — они поддерживают выработку тепла. Вода забирает тепло в двадцать пять раз быстрее воздуха. Если дельфин замрет без движения на несколько часов, толстый слой подкожного ворвани не спасет от переохлаждения.

Открытие феномена в науке

Впервые феномен асимметричного медленноволнового сна подробно описали советские нейрофизиологи под руководством Льва Мухаметова в 1970-х годах на Утришской морской биостанции Института проблем экологии и эволюции имени Северцова. Ученые вживляли электроды в правое и левое полушария мозга черноморских афалин и морских свиней. Датчики показывали поразительную картину: одно полушарие демонстрировало глубочайший физиологический сон, а второе бодрствовало.

Суммарно каждое полушарие спит примерно по четыре часа в сутки. Сеансы сна разбиты на интервалы по полтора-два часа. За сутки дельфин получает около восьми часов полноценного отдыха коры больших полушарий. При этом дельфины полностью лишены парадоксального сна с быстрыми движениями глаз. Фаза быстрого сна сопровождается атонией, то есть полным мышечным расслаблением. В океане атония привела бы к мгновенному падению на дно и гибели от нехватки кислорода.

Сон новорожденных дельфинят

У детенышей дельфинов ситуация с отдыхом еще сложнее. Исследования Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе показали, что новорожденные дельфинята и их матери вообще не спят в классическом понимании первые три-четыре недели жизни. Малыш рождается с недостаточным запасом плавучего жира и не умеет филигранно управлять дыхалом. Ему нужно всплывать за воздухом каждые тридцать секунд.

Мать непрерывно плывет рядом с детенышем, создавая телом гидродинамический кильватерный поток. Малыш попадает в эту струю и скользит вперед с минимальными мышечными затратами. Полноценный однополушарный сон у дельфиненка формируется постепенно, по мере созревания центральной нервной системы и накопления изолирующего подкожного слоя.

Частые вопросы

Бывают ли сновидения у дельфинов?

У млекопитающих яркие сновидения связаны с фазой быстрого сна, которой у дельфинов нет. Ученые предполагают, что дельфины не видят снов в нашем понимании, поскольку их мозг не расслабляется до нужной фазы.

Что будет, если дельфину дать общий наркоз?

Под действием стандартных анестетиков дельфин перестает дышать, так как у него отключается сознательный контроль дыхания. Операции дельфинам проводят только с искусственной вентиляцией легких через интубационную трубку.

Спят ли другие животные так же, как дельфины?

Да, однополушарный сон обнаружен у других китообразных, ластоногих, вроде морских котиков, а также у многих перелетных птиц, которые способны отдыхать прямо во время многочасового беспосадочного перелета.

Может ли дельфин утонуть, если потеряет сознание от травмы?

Да. Если дельфин теряет сознание от удара о катер или взрывной волны, он не может подать команду легким и мышцам. Он начинает тонуть и задыхается, если сородичи не вытолкнут его на поверхность.