摘要: 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，軍艦鳥在飛行時能夠睡覺，有時候是一個大腦半球醒著，另一個在睡，有時整個大腦全“睡著”了。 雨燕、鳴禽、鷸和海鳥等在地球上翱翔時，可以連續(xù)飛行幾天、幾周，甚至幾個月?？紤]到睡眠缺失會對飛行產(chǎn)生的不利影響，人們推測鳥類很可能會在飛行中睡覺。 睡著飛行...
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，軍艦鳥在飛行時能夠睡覺，有時候是一個大腦半球醒著，另一個在睡，有時整個大腦全“睡著”了。
雨燕、鳴禽、鷸和海鳥等在地球上翱翔時，可以連續(xù)飛行幾天、幾周，甚至幾個月?？紤]到睡眠缺失會對飛行產(chǎn)生的不利影響，人們推測鳥類很可能會在飛行中睡覺。
睡著飛行的鳥是如何躲避障礙物，以及不從天空中掉下來呢？一個解決方案是每次只關(guān)閉一半大腦。正如?Rattenborg 曾經(jīng)證明綠頭鴨在陸地上的危險環(huán)境中睡覺時那樣。當(dāng)它們在鴨群的邊緣睡覺，會讓大腦一個半球保持清醒，同時睜著這個半球控制的那只眼睛，防止撞到別的鴨子，同時關(guān)注著潛在的危險?；诤ｋ嗫稍谟斡緯r半腦睡眠的發(fā)現(xiàn)，普遍的觀點是，鳥類也可以在飛行中用依靠某種“自動駕駛系統(tǒng)”，實現(xiàn)飛行中的導(dǎo)航和空氣動力學(xué)方面的調(diào)控。
然而，也有可能有些鳥進(jìn)化出欺騙睡眠的辦法。睡眠研究者與同事最近發(fā)現(xiàn)，雄性斑胸濱鷸在競爭雌性期間，可以連續(xù)幾個星期只睡一點點。這讓科學(xué)家又開始懷疑也許飛行的鳥類也有可能完全放棄了睡眠。因而，連續(xù)飛行的證據(jù)不能作為邊飛邊睡的證據(jù)。在沒有直接監(jiān)測鳥類的大腦活動狀態(tài)前，這只是個假說。
為了確定鳥是否真的邊飛邊睡，研究者們需要記錄大腦活動和行為的變化，以區(qū)分清醒狀態(tài)和兩種睡眠方式：慢波睡眠(slow wave sleep，SWS)和快速眼動(rapid eye movement，REM)睡眠。 Niels Rattenborg 與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的 Alexei Vyssotski 合作，利用后者開發(fā)的小型裝置測量飛行中鳥類的大腦活動的腦電圖及頭部運動的變化。
與厄瓜多爾的海洋鳥類學(xué)家?Sebastian Cruz 以及加拉巴戈斯國家公園合作，小組重點關(guān)注在加拉巴戈斯島筑巢的大軍艦鳥。軍艦鳥是大型的海鳥，幾周不間斷飛行，以搜尋被食肉魚類和鯨類驅(qū)趕到水表的飛魚和魷魚。研究者暫時性地將“飛行數(shù)據(jù)記錄器“”戴到筑巢的雌性軍艦鳥的頭上，然后這些鳥戴著記錄器不停地覓食飛行達(dá)十余天，3000千米。在此期間，記錄器會記錄兩個半腦的腦電波及頭部活動，同時鳥背部的 GPS 裝置會記錄它們的位置及高度。當(dāng)這些鳥回到陸地并休息一段時間后，就被重新抓住并取下這些裝置。文章的共同一作，博士后?Bryson Voirin 觀察到，像加拉帕戈斯群島的許多動物一樣，軍艦鳥在第二次被抓時，“它們極其平靜，甚至在我走過去抓它們的時候還在睡覺?！?/p>
飛行數(shù)據(jù)記錄器揭示了軍艦鳥的睡眠模式，有些在意料之中，也有些部分出人意料。白天，鳥類保持清醒，積極尋找覓食的機會。太陽落山后, 在鳥類高飛時，腦電圖時而由清醒模式切換為 SWS，并可持續(xù)幾分鐘。令人驚訝的是，SWS 不僅會只出現(xiàn)在一個半球，也可能同時在兩個半球出現(xiàn)。這種雙側(cè)大腦睡眠表明，空氣動力學(xué)的操控甚至連一側(cè)腦清醒也不需要。盡管如此,與在陸地上睡眠相比, 飛行時候時候的半腦 SWS 比例更高。通過仔細(xì)檢查軍艦鳥的運動,研究人員發(fā)現(xiàn)了它們?yōu)槭裁催M(jìn)行半腦睡眠的線索。當(dāng)鳥兒盤旋著，依靠上升氣流時，面對氣流轉(zhuǎn)彎方向的那只眼睛連接的半腦通常保持清醒。而另一半腦睡眠，這表明鳥類正在注視著自己行動的方向?！败娕灴赡芤蚕褚傍喣菢?，防止與其他鳥類碰撞或留意捕食者”, Rattenborg 說道。
除了兩種模式的?SWS ，中間也間雜有短暫的 REM 睡眠。雖然這一發(fā)現(xiàn)讓研究睡眠的科學(xué)家感到震驚，對鳥類經(jīng)驗豐富的 Ratteborg 卻并不那么意外。和哺乳動物不同，由于鳥類的長時間的 REM 會伴隨著肌肉張力的完全消失，鳥類的 REM 睡眠只持續(xù)幾秒鐘。另外，雖然 REM 睡眠中導(dǎo)致的肌肉張力消失會導(dǎo)致頭部下垂，鳥類卻可以在這種情況下，雙腿，甚至只用一條腿站立。類似地，當(dāng)軍艦鳥進(jìn)入 REM 睡眠，雖然頭部低垂，仍可保持飛行姿勢。
或許最讓人驚奇的是雖然軍艦鳥可以在空中完成各種睡眠，它們平均每天卻只睡?42 分鐘。相反地，當(dāng)回到陸地上，它們幾乎每天要睡12個小時以上，并且睡的要沉得多?？傮w來可以說軍艦鳥在飛行時被剝奪了睡眠?！盀槭裁措m然夜間它們基本上不覓食，還是睡這么少依然是個迷。” Ratteborg 說。之前有研究表明無論在白天還是夜間，軍艦鳥都在追隨著預(yù)示著有大量食物的海洋漩渦，這可能是它們不睡覺的原因。有意思的是，這么短的睡眠意味著，這種任務(wù)需要兩個大腦半球合作才能完成。也就是說，軍艦鳥需要時時刻刻保持注意力，才能滿足自己的生態(tài)需求。
Rattenborg 的長遠(yuǎn)目標(biāo)是希望能知道軍艦鳥為何能適應(yīng)如此短暫的睡眠時間。人只要少睡了幾個小時，即使明知十分危險、掙扎著想要保持清醒，還是會在開車時陷入睡眠?！盀槭裁次覀円约捌渌溉閯游?，睡眠不足就會痛苦不已，而鳥類卻可以適應(yīng)相對短得多的睡眠” Rattenborg 解釋道。在其他許多動物上的實驗證實了充足的睡眠對健康的重要作用，而理解軍艦鳥為何不會如此，可能會讓人們對睡眠的研究進(jìn)入全新的階段。
