Stěžujete si na nedostatek spánku? Řekněte to tuleňovi slonímu, který spí jen dvě hodiny (!) denně. Jeden z jeho účastníků, ruský výzkumník z Institutu ekologie a evoluce pojmenovaný po. A.N. Severtsova, kandidát biologických věd Oleg LYAMIN.
Proč vědci zkoumají spánek zvířat? Odpovědět na mnoho otázek o lidském spánku. Oleg Lyamin je přední ruský odborník na spánek divokých zvířat, známý po celém světě. Setkali jsme se před pěti lety, když se vrátil z Jihoafrické republiky, kde odchytil „pozemské“ slony v národním parku Chobe a připojil k nim pohybové senzory (akcelerometry), aby zjistil spánkové vzorce těchto obrů. Po mnoho let biolog také studoval spánek mořských savců na Utrish Marine Scientific Station IPEE pojmenované po. A.N. Severtsov RAS, nedaleko Novorossijsku. Pod vedením dalšího významného vědce Lva Mukhametova studovali spánek delfínů, velryb beluga a kosatek. Právě této skupině se připisuje objev unihemisférického spánku u kytovců a tuleňů, stejně jako studie spánku mrožů, kapustňáků a mnoha dalších savců. Sny o tuleňech a zejména o tuleňech sloních žijících u pobřeží Kalifornie však vědcům dlouho zůstávaly záhadou.
Podle Lyamina, když koncem 1970. let minulého století Američané studovali chování tuleňů severních (Mirounga angustirostris) během migrací v Tichém oceánu, které představují 7 měsíců v roce, bylo jasné, že tato zvířata jsou „profesionálními potápěči“. . Nesmějí se objevit na povrchu déle než hodinu a ponořit se do hloubek větších než 1 km. Aby se zásobily vzduchem, na několik minut se vynoří. Většinu dne tráví hledáním a pojídáním ryb, které vyžadují mnoho k uspokojení potřeb obrovského organismu vážícího až několik tun. Ale kdy spí?
Nápověda “MK”.
Delfíni skákaví a kosatky se obvykle potápějí do 150–200 metrů a bez vzduchu vydrží jen 5–7 minut.
Nápověda “MK”.
Tuleni akumulují kyslík „pro budoucí použití“ během krátkých výstupů na povrch hyperventilací svých plic, to znamená, že se během krátké doby mnohokrát nadechnou.
O problém spánku tuleňů sloních se v roce 2016 začal zajímat tým zoologů a neurobiologů, který sestavil Jessica M. Kendall-Bar ze Scripps Institution of Oceanography (USA).
— Jak váš výzkum začal?
— Jessica k nám na Utrish přišla jako studentka, zajímala se o náš výzkum, pomáhala a připravovala se. Když pak projekt zahájila, pozvala mě, abych se zúčastnil výzkumu spánku tuleňů slonů v oceánu. Nebudu zastírat, že mi to celé připadalo jako sci-fi. Nakonec se nám podařilo neinvazivními metodami (z povrchu kůže) zaznamenat elektroencefalogram mozkové kůry (EEG) tuleňů jejich srdeční frekvence (EKG), svalový tonus (myogram) a také parametry motorické aktivity a hloubky ponoru při potápění.
– Řekni nám podrobněji, jak jsi to udělal?
– V první fázi se experimentu zúčastnilo 13 mladých tuleňů, více než rok starých a asi jeden a půl metru dlouhých. Byly sebrány z velkého hnízdiště slonů v Monterey Bay. Velkým problémem pro nás bylo nainstalovat na ně čidla a zajistit je tak, aby nedocházelo ke zkratu nebo odplavení. A samozřejmě, aby to všechno fungovalo.
– Byly to nějaké speciální elektrody pro záznam měření přes silnou vrstvu podkožního tuku?
„Byly to obyčejné, kožní, které se používají k zaznamenávání elektrické aktivity lidského mozku, ale musela být vylepšena samotná metoda registrace, aby fungovaly. Než je Jessica připevnila k tělu prvního tuleně sloního, otestovala je. na sobě – zkusila s nimi spát ve vodě (usmívá se). Nutno podotknout, že vodní prostředí jí není cizí – vážně se zajímá o potápění.
Hlavním problémem byla ochrana snímačů před vodou a mechanickými vlivy. Elektrody byly nalepeny na temeno dočasně usmrceného tuleně a navrch byl nalepen pryžový základ – alespoň 2 vrstvy materiálu, ze kterého jsou neopreny vyrobeny. Ukázalo se, že je to takový klobouk.
– Jaké lepidlo jsi použil?
“O druhu, který se používá ke slepování částí obleků potápěčů.” Toto lepidlo vydrží ve vodě několik měsíců. Gumovou vrstvu s elektrodami lze rychle odstranit. Všechno ostatní odpadlo během línání zvířete.
– Kolik senzorů a zařízení bylo celkem na těle každého tuleně sloního, než byl vypuštěn do oceánu?
– Jen elektrod bylo 20. Přidejte k nim pohybové senzory (akcelerometry) a GPS trackery. Každý slon vypadal jako obrovský plovoucí počítač (usmívá se).
– Proč bylo nutné zjišťovat svalový tonus a zaznamenávat srdeční činnost?
– Zaregistrovat spánek samotný i fázi paradoxního neboli REM spánku, kdy svalový tonus klesne na nulu, srdeční frekvence se stává vzácnou a nepravidelnou a mozek je aktivní jako v bdělosti! REM spánek tvoří většinu našich snů. Zároveň je hlubší a činí zvířata zranitelná. Ale přesto ho k něčemu potřebujeme, pokud ho mají téměř všichni savci, s výjimkou delfínů.
Mimochodem, záznamník mozkové aktivity, svalového tonusu a srdeční činnosti pro nás vyrobil náš krajan Alexej Vysockij, který dlouhodobě žije a pracuje v Curychu. Pro zařízení jsme vyrobili zatavené pouzdro, které se lepidlem připevnilo na hřbet zvířete stejně jako elektrody. Všechny elektrody byly k zařízení připojeny dráty.
– Tak, co jsi zjistil?
„Dozvěděli jsme se, že tuleni sloní spí, když se potápějí pod vodou do hloubky 377 metrů. To není překvapivé, protože na povrchu v hloubkách 100 až 200 metrů se mohou stát snadnou kořistí žraloků a kosatek. Během ponoru postupně usnou nejprve pomalým spánkem a poté paradoxním REM spánkem. Dvě fáze spánku se vyznačovaly odlišnými polohami: během pomalého spánku se tuleni hladce ponořili do „normální“ polohy (zpátky nahoru) – nezasvěcené osobě by se mohlo zdát, že se slon topí. S nástupem REM spánku, který je charakterizován atonií (naprostým nedostatkem tonusu kosterního svalstva) a svalovými záškuby, se převrátili na záda a roztočili se ve spirále připomínající padající list. Průměr této „spánkové spirály REM“ se postupně zmenšoval. Jeden spánkový ponor trval v průměru 20 minut.
– A těsnění bylo celou tu dobu bez vzduchu?
– Ano, ve skutečnosti jeho tělo většinu času zažívalo těžkou hypoxii (alespoň podle našeho názoru). Pak se zvířata probudila a vyplavala na hladinu vody, aby se na několik minut nadechla, a pak se znovu ponořila. Ponory na spaní se střídaly s ponory na krmení ryb, olihní a ty druhé ponory byly mnohonásobně četnější. A tak 7 měsíců v roce.
Ve výsledku jsme porovnáním parametrů pohybu, držení těla, profilu pohybu a hloubky potápění několika stovek slonů vypočítali, že průměrná délka spánku těchto zvířat v oceánu během období migrace 7 měsíců je v průměru pouze 2 hodiny. denně. Mimochodem, pomocí GPS souřadnic jsme určili jejich oblíbená místa na spaní a sestavili speciální mapu, která se bude hodit těm, kdo se zabývají ekologickými aktivitami.
Po návratu do hnízdiště (tuleň sloní se vždy vrací tam, kde na své cestě začali) nám „vrátili“ všechny drahé senzory. Mimochodem, náklady na vybavení pro jedno zvíře jsou srovnatelné s náklady na nové levné auto.
Naši pracovníci, osvobozeni od vědeckého vybavení, usnuli a dopřáli si ho 11 hodin denně, tedy 5x více, než se stalo v oceánu.
“Bylo to, jako by spali dlouhé měsíce cestování.”
– Mohl by tento výzkum nějak odpovědět na otázky týkající se lidského spánku?
– Získaná data, která jsme nedávno zveřejnili v časopise Science, jsou dalším příkladem flexibility a rozmanitosti spánku zvířat a také jeho závislosti na vnějších faktorech a životních podmínkách. Nyní již poměrně dobře rozumíme tomu, jak savci spí ve vodě. Kytovci a tuleni mají polovinu mozku v pohybu a během spánku si neustále uvědomují, co se kolem nich děje. Tuleni sloní a jiní tuleni spí celým mozkem stejně jako my, ale zadržují dech, vypnou a schovají se do hlubin a probudí se v pravý čas. Nová data jsou důležitá pro fundamentální vědu, pro pochopení funkcí spánku, které nám ve skutečnosti nejsou zcela jasné.
– Jak jsou nesrozumitelné? Spánek je potřeba k nabrání síly.
– Ano, klasické hledisko považuje spánek za regenerační proces pro celý organismus, jiný, neméně oblíbený, říká, že spánek je potřebný pro kognitivní procesy (pokud budete více spát, bude váš mozek pracovat lépe). Řekněte o tom lachtanům, tuleňům a delfínům! V podmínkách maximálního stresu spojeného s nutností se neustále potápět, hledat potravu, poté, co se vynoříte, 2-3 minuty před dalším ponorem popadnout dech. Nesmíme přitom zapomínat na dravce, kteří číhají u vodní hladiny! Myslíte si, že jste na konci pracovního týdne unavení? V tuto chvíli si vzpomeňte na mořské živočichy! (usmívá se).
– Když zjistíme, jak se jim daří být tak efektivní, budeme moci méně spát a nebudeme unavení?
„Docházíme k pochopení, že každé zvíře, včetně lidí, se přizpůsobilo spánku přesně v podmínkách, ve kterých žije. Spánek je neoddělitelný od životního prostředí. Pomáhá také přežít zvíře. Tulenům slonům, tuleňům kožešinovým a delfínům trvalo miliony let, než se naučili spát tak, jak mají. Dnes si miliony lidí stěžují na problémy se spánkem – trpí nespavostí a ospalostí během dne. Kyslíkové hladovění (hypoxie) narušuje mozkové funkce, často nevratně, jako v případě mozkových příhod. Nejvíc si samozřejmě zaslouží schopnost tuleňů slonů žít v podmínkách nedostatku spánku a odolnost jejich mozku vůči nedostatku kyslíku. seriózní pozornost a výzkum.
