Легко ли спится на природе? Что такое корпоративное бодрствование? Каким сном спят хищники и каким — их жертвы? На многие вопросы, которые касаются сна человека, ученые находят ответы, изучая сон животных (от маленьких мушек дрозофил до огромных жителей джунглей слонов). В этом году международная группа ученых опубликовала статью о том, как они изучали сон диких слонов в национальном парке Чобе (Chobe National Park) в южноафриканской Ботсване. Один из участников группы, кандидат биологических наук из Института проблем экологии и эволюции им. А.Н.Северцова РАН, сотрудник центра по изучению сна Калифорнийского университета, Олег ЛЯМИН рассказал «МК», как проходила «спецоперация» по поимке слонов и вживлению им датчиков движения, аналогичных тем акселерометрам, которые носят сейчас на запястьях многие москвичи.
Кто мешает спать слонам
Раньше считалось постулатом, что сон нужен для восстановления мозга. Легко было судить по человеку, живущему в комфортных условиях, в теплой постели с мягкими подушками или по братьям нашим меньшим, из зоопарков, где для них тоже созданы относительно комфортные условия существования. А сколько спят звери в дикой природе, где кругом — опасность в виде хищников или браконьеров, где животные вынуждены голодать из-за отсутствия пищи или беспокойства за детенышей? Никто до последнего времени этого не знал. Разброс длительности сновидений был огромен — от 2 до 18 часов в сутки.
Ответить на этот вопрос взялась группа ученых из Университета в Йоханнесбурге (ЮАР) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, где под руководством Джерома Сигала в его Центре сна вот уже 20 лет работает российский биолог Олег Лямин. Специалисты высочайшего класса, которые знают все об особенностях сна разных живых существ, так сказать, в стационарных условиях, на природе первым делом решили разобраться с самыми крупными обитателями джунглей — слонами. Оказалось, что в отличие от 6–7-часового сна в зоопарке или цирке в естественных условиях эти гиганты спят в сутки в среднем 2 часа. И ничего, с ног не валятся! Такая важная характеристика животного, как продолжительность времени, необходимого на сон, на деле оказалась не настолько уж важной. Выяснилось, что она может меняться в зависимости от условий, в которые попадает исполин.
— Да, слон — он и в Африке слон, но количество его сна там отличается, — смеется Олег Лямин. — Кроме того, мы выяснили, что иногда слоны в природе вообще не спят по двое суток, датчики показали, что наши испытуемые в один из периодов были активны до 40 часов. Помешать им спать могло что угодно — от плохой погоды до наличия поблизости хищников.
Вертолет — выстрел — заслон
Как же ученые следили за сном слонов в лесу? Ведь такую громадину не положишь на кровать и не натянешь на уши шапочку с проводками. Отработка методик в рамках проекта «Сравнительно-физиологическое исследование сна и экологическая физиология сна» началась еще 8 лет назад. Позже биологам, приехавшим в джунгли с целью «проникнуть» в мозг гигантов, очень помогли коллеги из Южной Африки, которые еще раньше, изучая миграции слонов, надевали им на шеи 20-килограммовые ошейники со спутниковыми GPS-метками. Сразу оговоримся, что слону такое «колье» не в тягость, а потому подобными ошейниками испытуемых украсили и в новом эксперименте.
— Дело происходило в частном национальном парке, далеко не таком крупном по размеру, как, к примеру, парк Крюгера, — рассказывает Лямин. — Сначала надо было найти и по одному отловить животных. В этой процедуре участвовали вертолетчики и целый отряд егерей. Обнаружив подходящего слона, ветеринар из вертолета выстреливал в животное летающим шприцем со снотворным. Где-то рядом, в квадрате, где шел отлов, к тому времени уже дежурили егеря — человек 15–20 на нескольких машинах. От них требовалось как можно быстрее подъехать к обездвиженному животному и установить заслон вокруг засыпающего великана, а точнее великанши, — все наши испытуемые слоны были самками, через них удобно отслеживать миграции. К слову, в стаде слонов правит матриархат, а потому вожаками считаются слонихи.
— От кого же требовалось их охранять?
— Пока мы, получив отмашку «слон готов», ехали к спящему животному и работали с ним, охрана должна была обеспечить нашу защищенность от диких животных. Подъехав на джипе к слону, мы сразу устанавливали датчики двигательной активности головы, положения тела слона и его хобота. Для головы и тела крепили датчик на такой же мощный ошейник, какие слоны носили в эксперименте южноафриканских исследователей. Акселерометр должен был помочь нам в определении ускорения движений животного, а также его поз во сне. В хобот — самый активный орган слона, который фактически является органом чувств, постоянно находящийся в движении, — датчик пришлось имплантировать. Мы решили: если определим состояния слона с разным уровнем активности, то сможем сделать более-менее точный вывод о том, сколько слон спит в джунглях.
— То есть в хобот имплантировали аналог наших часов-шагомеров?
— Да, примерно это те самые миниатюрные сенсоры для мониторинга сна и движений по активности движения руки. У человека — рука, у слона — хобот. А после, спустя 1–2 месяца, нам пришлось вытаскивать эти датчики из хобота. Вся длиннющая процедура повторялась: вертолет — выстрел, усыпление — заслон… Слона находили по GPS-сигналы. В ЮАР, где хорошо поставлено заповедное дело, к животным относятся трепетно.
Сон хищника — как сон младенца
Итак, в какой позе любят спать слоны? В зоопарке и цирке исследователи наблюдали их спящими стоя и лежа на боку в ночное время. Однако в природе слоны укладывались на землю очень редко. И ученые пришли к выводу, что в естественных условиях они редко испытывали так называемый парадоксальный сон. Он всегда развивается, когда животное спит лежа, так как сопровождается значительным снижением мышечного тонуса.
— «Стоячий» сон у слонов, как и у других представителей фауны, считается медленноволновым, — поясняет Олег Ирикович. — Он более спокойный, сознание отключено. Есть один признак, которого не бывает при медленном сне, — это вздрагивания и быстрое движение глаз спящего. Все это проявляется при парадоксальном сне, на Западе его еще называют REM-сном. Он более глубокий — разбудить такое животное сложнее, чем в медленном сне. Удивительно, что сильное мышечное расслабление при нем сопровождается невероятной активностью мозга. Он также включен в работу, как во время бодрствования, за что сон и назвали парадоксальным. Для чего он нужен, мы пока точно не знаем. Но эта стадия сна есть у всех млекопитающих (кроме китообразных) и птиц.
— Так о чем же говорит тот факт, что слоны из заповедника очень редко спали лежа?
— Мы пришли к выводу, что связано это было с инстинктом самосохранения в условиях джунглей. Парадоксальный сон максимально тормозит двигательную сферу. Из него сложно быстро выйти, что грозит животному гибелью от подкравшегося врага. Животные, которые традиционно спят в незащищенных местах (к ним относятся копытные), еще реже спят парадоксальным сном. Есть у нас такие выражения: «сон тигра» и «сон тапира». Хищники, как правило, менее уязвимы и чаще могут погрузиться в глубокий сон, а максимально уязвимые животные, как тапиры, чаще спят сном поверхностным, неглубоким. Поэтому мы сделали вывод, что сокращение количества парадоксального сна, — это адаптивный процесс.
— Вернемся к нашим слонам. Неужели и у них есть враги в заповеднике?
— Бывает, что в некоторых парках на слонов нападают львы. Можно также предположить, что самки, за которыми мы наблюдали, расшифровывая показатели датчиков, беспокоились за детенышей, защищали их от агрессивных самцов или спасали самих себя от навязчивых ухажеров. Беспокоить слонов могли и браконьеры.
— У кого из животных, кроме тигров, чаще возникает REM-сон?
— Парадоксального сна много у «примитивных» животных: сумчатых, опоссума, утконоса. Считается, что у детенышей всех видов такого сна больше, чем у взрослых. Не является исключением и человек, у которого количество парадоксального сна также сокращается с возрастом.
— Считается, что сны мы видим как раз в период такого быстрого и глубокого сна.
— Сны мы действительно видим в основном во время REM-сна. Сновидения в этот период отличаются особой яркостью, эмоциональной насыщенностью. Они запоминаются. Но в последнее время считается, что сновидения могут возникать и в начале засыпания. Наверняка у вас бывало такое, что вы вроде бы еще не уснули, но уже точно что-то видели в полудреме.
Многие животные в природе не спят каждый день примерно одинаковое количество времени, как мы, например. Они также могут не спать по нескольку дней или же спать очень мало, как слоны или птицы (фрегаты) во время многодневных полетов над океаном. Эти данные не согласуются с популярной точкой зрения о том, что парадоксальный сон нужен организму для поддержания на высоком уровне когнитивных процессов: внимания, мышления, памяти. Это целая область науки, многие ученые сделали карьеру на теме связи между REM-сном и когнитивными функциями. Но как же быть с дельфинами, у которых, возможно, никогда не возникает парадоксального сна? А с морскими котиками, у которых эта стадия сна есть на суше, но исчезает в океане во время миграции? Получается, что сон нужен всем животным, но как и сколько они спят — во многом определяется внешними условиями (экологические факторами), а также эволюционными процессами, которые привели к формированию разных видов и групп животных.
— Видят ли сны слоны в те редкие часы, когда им выпадает счастье уснуть парадоксальным сном?
— О ночных видениях у человека мы узнаем, пробуждая его на разных стадиях сна и спрашивая: «Видел ли ты сон?» Увы, животных мы не можем спросить об этом.
Спать по очереди — это корпоративное дело
— Почему слоны в зоопарках иногда спят днем?
— Днем в перерывах между кормлениями слоны действительно могут спать урывками. Это говорит об их способности к адаптации к разным условиям. Например, в национальном парке, когда мы едем по дороге на джипе, слоны спокойно идут по обочине, не обращая внимания на машину. Так и слоны, рожденные в зоопарке: у них нет чувства страха перед человеком, а потому они могут позволить себе спать и в дневное время.
— Некоторые стадные животные в дикой природе спят по очереди, во избежание нападений хищников. Свойственно ли беречь сон друг друга для слонов?
Сон по очереди больше свойственен копытным, у которых нет укромных мест для сна, как у многих копытных. Это своего рода такое «корпоративное бодрствование» — одна из стратегий, которая сформировалась у животных для выживания в дикой природе. Такое поведение свойственно и некоторым видам птиц, к примеру, чайкам и уткам. Слоны, как я уже говорил, чаще для сна находят защищенные места, и в джунглях не так много зверей, которые могут нарушить их сон. Но я не исключаю, что они тоже иногда спят по очереди…
— И последний вопрос. Если слонам, как и другим животным, свойственно приспосабливаться к короткому сну, значит ли это, что такая адаптация возможна и для человека?
— Существуют мнения среди ученых, что в первобытные времена так оно и было, но не все с ними согласны. Все-таки для человека оптимален определенный период сна — по 7–8 часов в сутки, и пока это трудно опровергнуть.