Как дельфины спят, не утонув?

Механизм сна с половиной включенного мозга

У людей и наземных млекопитающих дыхание работает автоматически благодаря безусловным рефлексам ствола мозга. Мы продолжаем дышать в глубоком сне или при потере сознания. У китообразных эволюция пошла другим путем. Дыхание дельфина является осознанным актом. Чтобы сделать вдох, животному необходимо подняться на поверхность, открыть дыхало, совершить быстрый газообмен и снова плотно закрыть мышечный клапан перед погружением. Полное отключение сознания привело бы к мгновенному захлебыванию и гибели.

Природа решила эту проблему разделением фаз отдыха между полушариями головного мозга. Такое состояние ученые называют унилатеральным, или однополушарным медленноволновым сном. Когда левое полушарие погружается в глубокую дельта-активность, правое полушарие генерирует ритмы бодрствования или легкой дремоты. Примерно через полтора-два часа полушария меняются ролями. Спящая часть мозга восстанавливает запасы энергии и очищается от продуктов метаболизма, пока бодрствующая половина отвечает за выживание особи в открытой воде.

Физиология процесса и закрытый глаз

Связь между полушариями и органами чувств у китообразных устроена перекрестно. Правое полушарие управляет левой стороной тела и обрабатывает сигналы от левого глаза, а левое полушарие связано с правой стороной. Из-за этого дельфин спит буквально с одним открытым глазом.

Если левое полушарие спит, правый глаз закрыт. В этот же момент левый глаз открыт и внимательно сканирует окружающее пространство, передавая зрительную информацию в бодрствующее правое полушарие. Животное постоянно контролирует обстановку вокруг, замечает приближение косаток или крупных акул и следит за сородичами в стае. Во время группового плавания молодые дельфины часто плывут так, чтобы их открытый глаз был направлен в сторону матери или центра группы.

Как исследователи доказали однополушарный сон

Изучение сна морских млекопитающих началось в 1960–1970-х годах. Первые точные научные данные получили советские физиологи под руководством Льва Мухаметова на биостанции на Черном море при изучении черноморских афалин. Исследователи вживляли электроды в кору обоих полушарий дельфинов и вели непрерывную запись электроэнцефалограммы (ЭЭГ).

Записи показали поразительную картину, которой раньше не наблюдали ни у одного сухопутного зверя. На датчиках одного полушария регистрировались высокоамплитудные медленные волны, характерные для самой глубокой стадии сна без сновидений. На соседних дорожках от другого полушария прибор в ту же секунду фиксировал низковольтную высокочастотную активность, типичную для активного бодрствования. Опыты подтвердили, что дельфины полностью лишены парадоксального сна (REM-фазы с быстрыми движениями глаз), при котором скелетные мышцы у наземных животных расслабляются до состояния атонии. Если бы мышцы дельфина полностью расслабились, животное утонуло бы из-за отрицательной плавучести или захлебнулось.

Способы отдыха в толще воды

В зависимости от вида, погоды и глубины водоема дельфины используют два базовых сценария сна. Выбор позы зависит от текущего уровня безопасности и наличия сильных течений.

Сон новорожденных дельфинят

Особый интерес для эволюционных биологов представляет поведение детенышей в первые недели жизни. Наблюдения сотрудников Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе показали, что новорожденные дельфинята и их матери практически не спят в классическом понимании на протяжении первого месяца после родов.

Малыш рождается с недостаточным слоем подкожного жира, из-за чего легко переохлаждается при длительной остановке движения. Кроме того, плавучесть новорожденного слабо выражена, а координация движений еще несовершенна. Чтобы не утонуть, детеныш вынужден непрерывно плыть рядом с матерью, попадая в создаваемый ее мощным телом гидродинамический кильватерный след. Мать также непрерывно бодрствует, поддерживая детеныша у поверхности. Полноценный однополушарный сон формируется у молодых особей постепенно по мере созревания центральной нервной системы и накопления запасов жировой ткани.