Особенности процесса дыхания у дельфинов
Для человека дыхание является обычным естественным процессом. Но, если рассматривать дельфинов, то обеспечить воздухом организм им значительно сложнее. Дельфины каждые 10 минут должны подниматься на поверхность воды для того, чтобы запастись кислородом. Именно поэтому их мозг и мышцы должны работать слажено.
Дельфины – это вторичноводные млекопитающие, то есть их развитие прошло два этапа. Сначала их предки из воды перебрались для жилья на сушу. Через некоторое время они возвратились жить в водный мир. Несмотря на то, что дельфины, по сути, ведут жизнь рыбы, но для жизни они нуждаются именно в кислороде. Это происходит следующим образом: животное поднимается к поверхности воды, после чего через специальный клапан набирает кислород, поэтому такой процесс очень сложно совместить с безмятежным сном.
Особенности сна дельфинов
Ученые разработали несколько предположений о прохождении сна у дельфинов:
1. Млекопитающие напоминают сомнамбулу. Их мышцы постоянно находятся в напряженном состоянии.
2. Они засыпают после вздоха, а просыпаются после выдоха вследствие изменений в составе воздуха, который находится в организме.
3. Дельфины вообще не спят, так как их организм не нуждается в спокойствии.
Разгадать секрет стало возможно лишь после изучения биотоков, которые проходят в мозгу данного млекопитающего. Исследования проводились в бассейнах, что расположены на черноморском побережье. Специальные электроны были введены в мозг нескольких дельфинов. Результаты ошеломили всех. Оказаться дельфины – это единственные в мире животные, способные одновременно отдыхать и находиться в состоянии бодрствования.
Разные полушария мозга млекопитающего «отключаются» по очереди. Одна из них бодрствует, отвечая в том числе и за дыхание, вторая же – отдыхает. Это длиться на протяжении полутора часов. Далее происходит смена, и полушария меняют роли. Только после отдыха начинают работать оба полушария мозга дельфина.
Дельфин – это уникальное млекопитающие, которого природа создала таким образом, чтобы он мог дышать кислородом и жить в водной стихии.
В настоящее время мир животных полностью не изучен. Ежегодно учены совершают новые открытия, которые иногда ошеломляющие.
Олег Лямин - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции РАН и ООО «Утришский дельфинарий». Скорее всего, сегодня ночью, рано или поздно, вы ляжете спать. Когда вы закроете глаза, перед тем как заснуть, вообразите на минуту, что вы держитесь на плаву, бултыхая ногами и руками, посреди океана, вдали от берега. Когда представляешь себя в таком положении, в кровь резко выбрасывается адреналин, и спать совсем не хочется. Но если долго плыть на самом деле, а не в воображении, усталость возьмет свое. Всем без исключения млекопитающим нужно спать, включая тех, кто живет в воде, – китов и дельфинов. Современные китообразные без труда справляются со сном «в подвешенном состоянии», но их предки были наземными животными. Предки китов – китокопытные, или пакицеты (Pakicetus), – покинули сушу и ушли в океан из-за более доступной и обильной пищи. Сначала пакицеты охотились на рыбу на мелководье, а для отдыха возвращались на берег. Но конкуренция вынуждала животных уплывать все дальше – в глубь древнего океана Тетис, и возможность вернуться на сушу исчезла. Приходилось экстренно учиться спать в воде. Пакицеты учились этому миллионы лет – и это вовсе неудивительно, ведь животному, которое собралось отдохнуть в открытом океане, нужно преодолеть целый ряд смертельно опасных препятствий.
Сон современных китов и дельфинов долгое время был загадкой для ученых. Предполагалось даже, что дельфины не спят вообще или спят урывками между вдохами. В действительности все оказалось сложнее и интереснее.Задачи повышенной сложности. Во-первых, заснув в воде, млекопитающее рискует умереть от холода. Тепло, которое организм млекопитающего вырабатывает, рассеивается в окружающей среде. Так как вода проводит тепло быстрее воздуха, животное охлаждается в ней быстрее. Во-вторых, млекопитающим, в отличие от рыб, нужно постоянно всплывать, чтобы вдохнуть новую порцию воздуха. Поэтому спящие в воде существа должны предпринять усилия, чтобы не погрузиться слишком глубоко, – иными словами, чтобы не утонуть. Наконец, во сне мелкие китообразные – дельфины и ластоногие могут стать жертвой хищников. Ведь в воде нет защищенных мест для сна (нор, гнезд, других убежищ, как у наземных животных), и, опять же, для вдоха нужно постоянно всплывать к поверхности воды, где их чаще и атакуют хищники. Не спать, чтобы дышать. Итак, сон для предков китообразных стал настоящим испытанием – заснув, можно было и не проснуться. Сон современных китов и дельфинов долгое время был загадкой для ученых. Предполагалось даже, что дельфины не спят вообще или спят урывками между вдохами. В действительности все оказалось сложнее и интереснее. В начале 1960-х годов американский нейрофизиолог Джон Лилли сделал несколько неожиданных предположений о том, как же спят дельфины. Но масштабные исследования начались лишь в середине 1970-х на Утришской морской станции Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН. Первая – самая известная и самая необычная особенность сна китообразных – так называемый однополушарный сон: пока одно полушарие головного мозга дельфина спит, другое – бодрствует. Это хорошо видно на электроэнцефалограмме мозга (ЭЭГ): частые быстрые волны бодрствования в одном полушарии регистрируются на фоне медленных волн сна в другом. Полушария у дельфинов спят по очереди, и каждое отдыхает одинаковый отрезок времени. Про сон «на полголовы» знают сегодня многие – факт успел стать популярным. Но почему такой сон существует именно у дельфинов, а не у наземных млекопитающих, стало понятно только в последние годы, во многом благодаря исследованиям на Утришской станции. Джон Лилли предполагал, что дыхание у дельфинов произвольное, то есть, чтобы дышать, им нужно постоянно находиться в сознании. Сформировалось мнение, что бодрствующее во время сна полушарие как раз и выполняет эту роль. Но, как оказалось, это не совсем так. Специальные исследования доказали, что дыхание у дельфинов может быть как произвольным, так и автоматическим. Как у людей. Согласно современной точке зрения, однополушарный сон скорее связан с необходимостью следить за происходящим вокруг и непрерывно двигаться. Морские лунатики. Неподвижность – важная особенность сна наземных животных. Но дельфину, чтобы дышать, даже во время сна нужно периодически всплывать к поверхности воды. Логично, что сон китообразных протекает во время непрерывного плавания. Дельфины и киты в этой способности уникальны. Так как движение сопровождается выработкой тепла – мышечным термогенезом, «лунатизм» нужен еще, чтобы не замерзнуть и не утонуть. Правда, большие и толстые могут позволить себе роскошь – спать неподвижно. Так, косатки часто спят, просто зависая у поверхности воды. Это связано с их значительной массой – до 6 тонн – и высоким содержанием подкожного жира, что замедляет потери тепла. Все мелкие китообразные – азовки, дельфины Коммерсона (масса их тела меньше 100 кг) – спят только во время движения. Спят в движении и детеныши косаток – пока не подрастут и накопят запасы жира. Кроме того, жир делает животных более плавучими – поэтому взрослая косатка легче стабилизирует свое положение на поверхности воды. Сплю и вижу. Давно известно, что дельфины обладают многими необычными способностями – в том числе они могут спать с открытыми глазами, точнее, с открытым глазом. Когда спит правое полушарие мозга дельфина, закрыт его левый (противоположный) глаз, а правый – открыт, и наоборот. Это хорошо видно, если одновременно регистрировать ЭЭГ головного мозга и состояние глаз. Интересно, что открытый глаз, как правило, смотрит в сторону партнеров. Например, матери и детеныши следят друг за другом как во время бодрствования, так и во сне. Еще одна особенность сна дельфинов – отсутствие парадоксальной фазы сна, во время которой мы, люди, обычно видим сны. Сон наземных млекопитающих делится на две стадии: медленную и парадоксальную (сон с быстрыми движениями глаз – «rapid eye movement», или RЕМ). Парадоксальный сон или его признаки были зарегистрированы у всех изученных наземных млекопитающих (около 100 видов) и птиц (более 15 видов). Однако эту стадию до сих пор не удалось зарегистрировать у китообразных. Возможно, это связано с опасностями такого сна – во время парадоксальной фазы резко снижаются мышечный тонус и скорость реакции животных на внешние раздражители. Животные теряют способность поддерживать постоянную температуру – теплокровность, что в условиях океана создает для животных еще больше проблем, чем на земле. Итак, примерно 50–70 миллионов лет назад группа таких же, как мы, люди, теплокровных млекопитающих, живущих на суше, была вынуждена переселиться в воду. Эти животные, ставшие впоследствии дельфинами и китами, научились не только охотиться, но и отдыхать в океане – месте, где каждую секунду нужно быть начеку. Теперь, если сегодня перед сном вы все-таки представите себя хотя бы на минуту в открытом океане, вы поймете, как же нам с вами повезло. Ведь спокойный сон на твердой поверхности – роскошь, доступная далеко не всем.
Любое живое существо нуждается в отдыхе для восстановления сил организма. Так задумано самой природой. Сон необходим всем - птицам, млекопитающим, любым животным высшего порядка, к которым относимся и мы - люди. Мы с вами привыкли ассоциировать сон с состоянием полного расслабления и неподвижности. Именно так спят практически все представители высокоорганизованной сауны.
Для львов характерно спать на спине большую часть суток. Слонам в Африке свойственно дремать стоя на протяжении двух-трех часов. Длинноногие жирафы для отдыха сворачиваются калачиком.
Но как спит дельфин? Ведь никто и никогда не видел его неподвижным. Эти удивительные животные всегда перемещаются в водном пространстве с необычайной легкостью и грацией. Создается впечатление, что они бодрствуют круглосуточно, и сонное состояние им не свойственно в принципе.
Но данное предположение неверно, что наконец-то доказано современными научными исследованиями.
Как устроено дыхание у дельфинов?
Мы, люди, над своим дыханием вряд ли когда-либо задумываемся - для нас этот процесс является естественным. Но у дельфинов все немного сложнее. Через каждые 5 или 10 минут любой из дельфинов нуждается во всплытии на поверхность для пополнения кислородного запаса, что предполагает слаженность работы мышц и головного мозга.
Все давно знают что дельфин - не рыба, а самое настоящее млекопитающее. Причем они считаются вторичноводными млекопитающими. То есть предки их первоначально существовали в водной стихии, но с течением времени освоили сушу и смогли дышать при помощи легких. Причины, по которым подобные животные возвращаются в водную стихию, ученым неизвестны.
Такие млекопитающие, не в пример рыбам, не имеют органов или приспособлений, позволяющих дышать под водой. То есть жабрами они не обладают. Чтобы запастись воздухом для дыхания, дельфину необходимо всплыть на поверхность.
Органы дыхания дельфинов
Следовательно, ведя жизнь морского обитателя, дельфин продолжает дышать легкими. У него имеется специальный клапан, который дельфин открывает, приближаясь к водной поверхности. Совершив выдох и вдох, животное закрывает клапан и уносит свежую порцию кислорода под воду. Данный процесс достаточно сложен для организма и практически невозможен в сонном состоянии.
Впрочем, полученной порции воздуха хватает, как было сказано выше, на целых пять-десять минут. Многие годы биологов занимал вполне очевидный вопрос - как спит дельфин в таком режиме, ведь промежутки времени через которые это млекопитающее должно всплывать, чтобы получить порцию атмосферного кислорода, достаточно коротки.
Вопросы, вопросы...
Было выдвинуто множество версий. Самая экстремальная из них утверждала, что дельфины и вовсе не нуждаются во сне, то есть никогда не пребывают в данном состоянии. По другой теории, им присущ кратковременный отдых между всплытиями на поверхность.
А спят ли дельфины вообще? Долгое время этих животных считали сомнамбулами, отдыхающими в состоянии напряжения мышц и с открытыми глазами. Полагали также, что им свойственны периоды сна в короткие промежутки между вдохом и выдохом, а пробуждаются они от химических изменений состава припасенной порции кислорода.
Часть ученых приписывали дельфинам автоматизм действий, словно лунатикам. Чтобы определить истинное положение дел, были организованы исследования, в которых предполагалась регистрация биотоков дельфиньего мозга.
Как спит дельфин - слово науке
Процедура эта весьма непростая. Животных потребовалось поместить в бассейн, в мозг им вживляли электроды. Запись подаваемых сигналов осуществлялась при помощи радиоволн, что давало возможность дельфинам вести привычный образ жизни.
Работа велась на черноморской биостанции исследователями из Академии Наук. Чтобы узнать, наконец, как спят дельфины, советские ученые А. Я. Супин и Л. М. Мухаметов, представители ИЭМЭЖ (Института эволюционной морфологии и экологии животных) организовали наблюдение за млекопитающими, которое осуществлялось как в вольерах, так и в открытом бассейне.
Для вживления в мозг электродов выбрали несколько экземпляров афалин и азовок. Животным дали возможность привычно резвиться, во время чего с помощью радиосигнала велась запись электроэнцефалограммы мозга. Полученный рисунок давал возможность проследить за активностью каждого из его полушарий.
Что же получилось?
Итогами исследования ученые были просто-напросто шокированы. Выяснилось, что полное погружение в сон дельфинам не свойственно. То есть мозг их остается активным непрерывно. Открытием стало то, что его полушария в буквальном смысле спят по очереди. Каждое из них получает порцию полноценного нормального сна в течение примерно 6 часов на протяжении суток. С интервалом в час или полтора происходит замена, когда в сон погружается противоположное полушарие.
Интереснее всего то, что во время такого сна дельфин может вести себя, как ни в чём ни бывало - плавать, охотиться и так далее. Так что определить невооруженным глазом, спит в настоящий момент данная особь или нет, сторонним наблюдателям вряд ли представляется возможным.
Как спит дельфин - глаза открыты или нет?
Почти все, и люди, и животные, во сне глаза закрывают. А как обстоит дело с дельфинами? В полном соответствии с поочередными бодрствованиями каждого из полушарий! То есть, один глаз у спящего дельфина всегда закрыт.
Почему дельфины спят с одним открытым глазом? Ещё до исследования многие обращали внимание на то, что один глаз у дельфинов часто бывает закрыт, но связать это со сном никто прежде не догадывался. Таким образом, в результате исследования родилась самая настоящая научная сенсация.
Оказывается, природой дельфинам была подарена поистине волшебная возможность одновременного отдыха и бодрствования. То есть полного и глубокого сна, как у других млекопитающих - с отключением обоих полушарий мозга - у дельфинов никогда не происходит.
Как это выглядит
Теперь мы с вами понимаем, как спит дельфин. Каждое из полушарий поочередно несет свою вахту. Затем они меняются местами. Активное полушарие погружается в сон, противоположное начинает бодрствовать. Когда же стадия сна у дельфина проходит, оба полушария включается в работу.
Данный эволюционный механизм предусмотрен природой с целью выживания вида. Постоянно бодрствующее одно из полушарий решает вопрос доставки к мозгу кислорода и предупреждает опасность захлебнуться.
Во сне нуждаются практически все живые организмы, особенно класс млекопитающих. А вот по поводу сна дельфинов существует несколько теорий. Суть одной из них в том, что эти морские обитатели являются животными высшего звена и не нуждаются во сне. Другая теория не исключает кратковременного сна, после которого животное выныривает из воды для вдоха. В итоге по инициативе ученых были проведены исследования и наблюдения за тем, как спят дельфины.
Поведение организма во время сна
В процессе сна любая особь впадает в расслабленное состояние. Её мыслительные процессы замедляются, тело теряет тонус и обмякает. Сомнология уверяет, что у всех животных и людей фазы и механизмы сна одинаковы. В том случае, если высший живой организм лишить возможности сна, то его психике будет нанесён вред. Впоследствии есть риски возникновения поведенческих отклонений . В критических ситуациях животное может даже погибнуть.
В большинстве случаев эта теория работает, исключением являются только дельфины. Их жизнедеятельность стала вызывать интерес у учёных и повлекла за собой массу исследований.
В процессе наблюдений за животными стало известно, что эти млекопитающие вынуждены каждые 15 минут всплывать на поверхность, чтобы сделать вдох. Также выяснилось, что чрезмерное пребывание на открытом воздухе может повредить кожные покровы животного, которые нуждаются в частом увлажнении.
Учёные отметили ещё один важный факт: у дельфинов плавники находятся в постоянном движении, мышцы непрерывно сокращаются. Это животное никогда не замирает в обездвиженном состоянии. В момент отдыха активность млекопитающего лишь снижается , но даже в этом состоянии оно не прекращает всплывать на поверхность за новым глотком воздуха и опускаться в воду для увлажнения кожного покрова.
Дельфины - млекопитающие с развитым интеллектом. Этим они уже выделяются из большинства морских обитателей. Но у дельфинов есть и другие интересные особенности, например, связанные со сном. Давайте узнаем подробнее, как спят дельфины.
Правда ли, что дельфины не спят
Для любого крупного животного период покоя жизненно необходим. Однако долгое время считалось, что дельфины не спят. Дело в том, что они дышат воздухом и не имеют жабр. Соответственно, чтобы дышать, необходимо всплывать на поверхность. Отсюда и возникло ошибочное предположение, что дельфины всегда бодрствуют или же их сон происходит короткими урывками между глотками воздуха.
На самом деле дельфины спят, но их сон сильно отличается от других животных - он однополушарный, то есть спит только одно полушарие мозга, второе же бодрствует.
Это происходит поочерёдно, одинаковыми временными отрезками. Поскольку одна из частей мозга бодрствует, дельфины двигаются и всплывают за воздухом во время своего сна, напоминая лунатиков.
Китовые, в том числе и дельфины, дышат воздухом через отверстие на голове, потому им жизненно необходимо периодически всплывать на поверхность
Как установили учёные, совсем не спят только маленькие дельфинята. Первый месяц жизни они ещё не умеют этого делать и бодрствуют непрерывно.
Первый месяц жизни дельфинята не умеют спать, и матери вынуждены бодрствовать вместе с ними
Другие факты о сне дельфинов
С однополушарным сном связана необычная особенность дельфинов: они могут спать с одним открытым глазом. Когда в фазе сна находится левое полушарие мозга, открыт правый глаз, и наоборот. Примечательно, что открытый глаз обычно направлен в сторону близких - например, детёнышей. Таким образом дельфины не перестают наблюдать друг за другом даже во сне, чтобы вовремя прийти на помощь в случае опасности.
Мозг дельфинов, подобно человеческому, во сне обрабатывает информацию, полученную за день. Так сведения из кратковременной памяти переносятся в долговременную. Открытие было сделано во французском дельфинарии, где спящие дельфины внезапно запели китовыми голосами. Впоследствии оказалось, что днём животные слышали музыку со звуками океана, в том числе с голосами китов. Сама по себе имитация звуков для дельфинов неудивительна, но до этого случая никто не замечал, что дельфины могут их запоминать и воспроизводить через некоторое время.
Впервые факт воспроизведения запомненной информации через некоторое время был установлен во французском дельфинарии Planete Sauvage
Дельфины не видят снов. У них просто отсутствует парадоксальная фаза сна, во время которой у людей и других животных бывают сновидения. У наземных млекопитающих есть две фазы - медленная и парадоксальная (более глубокая), но у китообразных, к которым относятся дельфины, вторая до сих пор не была зафиксирована.
Видео: как спят дельфины
То, что дельфины не спят - конечно же, миф. Но сон их очень необычен, так как часть мозга всегда бодрствует. Из изученных в настоящее время животных однополушарный сон зафиксирован лишь у дельфинов.