Vtáky spia pri lietaní v spoločnosti Max Planck Society
Fregatové vtáky spia za letu podobným spôsobom ako na súši, ale podstatne menej
Prvýkrát sa podarilo preskúmať, čo a ako môžu vtáky spať za letu. Medzinárodný tím vedcov pod vedením Nielsa Rattenborga z Ornitologického ústavu Maxa Plancka v Seewiesene zistil pomocou merania mozgovej aktivity u fregatných vtákov, že pri lietaní spia s oboma polovicami mozgu súčasne alebo iba s jednou polovicou mozgu. Aj keď sa všetky spánkové vzorce vyskytujú aj pri spánku na súši, zvieratá spia vo vzduchu len trištvrte hodiny denne. Na zemi naopak prespia dvanásť hodín. Ako vtáky zjavne ľahko prispôsobujú svoj výkon tomuto nedostatku spánku, je stále záhadou.
Fregatové vtáky dosahujú rozpätie krídel viac ako dva metre. Sú vynikajúcimi letcami a môžu denne prekonať stovky kilometrov.
Niektorí námorníci, spevavce, pieskomily a morské vtáky lietajú nepretržite niekoľko dní, týždňov alebo dokonca mesiacov, keď preletia zem. Všeobecne sa predpokladalo, že vtáky musia spať za letu, pretože nedostatok spánku ovplyvňuje fyziologické procesy v tele. Ako však spať bez pádu z neba alebo kolízie s prekážkami, ktoré sa náhle objavia?
V polospánku alebo prebudený za letu?
Jednou z možností by bolo spať iba s jednou hemisférou mozgu, ako to zistil Niels Rattenborg u kačíc: Aj keď zvyčajne spávajú s obidvomi hemisférami mozgu, zvieratá na okraji skupiny majú oko smerujúce von. Zodpovedajúca polovica mozgu je hore, zatiaľ čo polovica spojená so zatvoreným okom spí. Delfíny môžu plávať aj vtedy, keď spí polovica mozgu. Preto sa vedci predtým domnievali, že vtáky sa pri navigácii a udržiavaní aerodynamickej kontroly spoliehajú na tento typ autopilota aj za letu.
Je však tiež možné, že vtáky našli spôsob, ako oklamať spánok: Rattenborg a jeho kolegovia pozorovali, že vtáky počas celej doby rozmnožovania väčšinou nespia. Dovolíte si občas len hlboký spánok od niekoľkých sekúnd do minút. Predĺžené lety nemusia byť nevyhnutne dôkazom spánku počas letu, zvieratá tiež mohli znížiť alebo dokonca zastaviť potrebu spánku počas letu. Bez priameho merania stavu mozgu je spánok za letu iba špekuláciou.
Meracie prístroje určovali mozgové vlny a pohyby hlavy
Pri riešení tejto hádanky sa Niels Rattenborg spojil s Alexejom Vyssotsikom z univerzity v Zürichu a ETH v Zürichu. Vyvinul malý dátový záznamník, ktorý dokáže pomocou elektroencefalogramov a pohybov hlavy merať zmeny mozgovej aktivity. Týmto spôsobom boli vedci schopní rozlíšiť bdenie od spánkových fáz, ktoré sa našli u odpočívajúcich vtákov: spánok s pomalými vlnami (SWS) a spánok s rýchlym pohybom očí (REM).
V spolupráci s národným parkom Galapágy a výskumníkom morských vtákov z Ekvádoru Sebastianom Cruzom sa vedci zamerali na fregatné vtáky, ktoré sa na Galapágoch množia. Tento veľký druh morského vtáka letí nepretržite nad oceánom celé týždne a loví lietajúce ryby a chobotnice, ktoré na povrch vyháňajú dravé ryby alebo veľryby. Vedci pripevnili mobilné meracie prístroje na hlavy samičiek zvierat na istý čas, kým sa vydali na svoje lovecké lety v dĺžke až 3 000 kilometrov, ktoré trvali až desať dní. Okrem mozgových vĺn v oboch poloviciach mozgu zaznamenávali dátové záznamníky aj pohyby hlavy a prístroj GPS na zadnej strane zvierat zaznamenával nadmorskú výšku a ich polohu.
Potom, čo boli vtáky späť na súši a na nejaký čas sa vzchopili, boli chytené a drevorubači odstránení. Bryson Voirin, vedecký pracovník a druhý hlavný autor štúdie, hovorí: „Rovnako ako mnohé zvieratá na ostrovoch Galapágy, aj fregatové vtáky boli mimoriadne dôveryhodné a dokonca spali, keď som ich chytil druhýkrát.“
Hodnotenie ukázalo, že fregátové vtáky spia za letu rôznymi spôsobmi. Počas dňa neboli vtáky v bdelom stave, aby aktívne hľadali zdroje potravy. S príchodom noci si mozgové vlny vytvorili kĺzavé spánkové vzorce trvajúce niekoľko minút. Prekvapivo sa spánok s pomalými vlnami nevyskytoval iba v jednej polovici mozgu, ale v celom mozgu. Pravdepodobne teda nie je potrebné nechať jednu polovicu mozgu v strehu kvôli aerodynamickému ovládaniu. Aj napriek tomu je v porovnaní s pevninou pravdepodobnejšie, že za letu bude spať iba časť mozgu.
Vyhodnotením údajov o pohybe našli vedci vysvetlenie unihemisférického spánku: Keď vtáky používajú stúpajúce prúdy vzduchu v kruhových pohyboch, polovica mozgu spojená s okom, ktoré sa pozerá v smere letu, zostáva bdelá. Pologuľa mozgu patriaca vonkajšiemu oku naproti tomu spala, takže vtáky museli vidieť, kam letia. „Fregátové vtáky majú jedno oko otvorené, aby zabránili kolíziám s inými vtákmi, rovnako ako kačice, ktoré dávajú pozor na potenciálnych predátorov,“ hovorí Rattenborg.
Okrem pomalého spánku v celom alebo v polovici mozgu vedci v zriedkavých prípadoch merali aj krátke prerušenia v dôsledku spánkových fáz REM. Pre Rattenborga, ako výskumného pracovníka pre spánok vtákov, to nebolo prekvapujúce. Na rozdiel od cicavcov, u ktorých sú spánkové fázy REM dlhé a spojené s úplnou stratou svalového tonusu, je spánková fáza REM u vtákov iba krátka. Okrem toho môže strata svalového tonusu u vtákov viesť k ovisnutiu hlavy, sú však stále schopné stáť - dokonca aj na jednej nohe. Aj u fregatových vtákov spiacich pomocou REM sa hlava počas letu potápa, ale chovanie letu sa za túto dobu nezmenilo.
Plná pozornosť nad morom po celý deň
Za letu majú fregatové vtáky rovnaké spánkové vzorce ako na zemi. Za letu však spíte priemerne iba 42 minút denne. Najdlhší neprerušovaný spánok, ktorý vedci namerali, trval iba necelých šesť minút. Na pevnine zvieratá spia viac ako dvanásť hodín denne, epizódy spánku sú tiež dlhšie a hlbšie. Fregatové vtáky sú teda za letu mimoriadne ospalé. „Prečo vtáky tak málo spia za letu, dokonca aj v noci, keď nelovia, je stále nejasné,“ hovorí Rattenborg. Predchádzajúce štúdie ukázali, že fregatové vtáky sledujú oceánske prúdy pri hľadaní dobrých zdrojov potravy, takže možno to je dôvod na prebudenie. Je zaujímavé, že nedostatok spánku za letu naznačuje, že ekologické prostredie nad oceánom si vyžaduje viac pozornosti ako to, čo dokáže zhromaždiť polovica prebudeného mozgu.
Ako fregaty kompenzujú negatívne účinky na organizmus spojené s nedostatkom spánku? My ľudia zaspávame po niekoľkých hodinách straty spánku za volantom, aj keď si plne uvedomujeme nebezpečenstvo a bojujeme nedať spať. „Prečo my a mnoho ďalších zvierat tak dramaticky trpíme nedostatkom spánku, zatiaľ čo sa zdá, že niektoré vtáky zvládajú oveľa menej spánku bez problémov, zostáva zatiaľ záhadou,“ hovorí Rattenborg. Ďalší výskum v tejto oblasti by mohol poskytnúť nové poznatky o porozumení spánku a následkoch jeho straty.