Питер Шпорк - Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается
Кроме людей и млекопитающих животных БС наблюдается еще только у птиц. Однако у них фазы парадоксального сна заметно короче. Поскольку рептилии — общие предки млекопитающих и птиц — вообще не знают БС, биологи на сегодняшний день пришли к выводу, что обе группы живых существ развили это третье состояние сознания, встречающееся лишь во сне, независимо друг от друга.
Долгое время считалось, что разделение МС на легкий с мелкими волнами и глубокий с большими волнами появилось достаточно поздно в ходе эволюции. Со всей отчетливостью оно проявляется тоже только у птиц и млекопитающих. Поэтому специалисты долгое время разделяли животных на тех, у которых, как им казалось, наблюдается подлинный, глубокий, подобный человеческому, сон, и на тех, кто с регулярными промежутками лишь впадает в состояние неподвижности, напоминающее легкий сон, но не имеющее признаков глубокого сна.
Рыбы и пресмыкающиеся, например, периодически испытывают своеобразное оцепенение, когда они медленнее обычного реагируют на внешние помехи и принимают сонную позу, причем обмен веществ у них замедляется. Эти так называемые низшие позвоночные соответствуют и третьему критерию сна: продолжительность фаз покоя у них увеличивается, если до этого экспериментатор постоянно мешал их отдыху — в точности как у человека и червя-филярии.
Многие рыбы во сне защищают себя от врагов тем, что меняют цвет, ложатся на дно или прячутся в пещеры и расселины скал. Очень крупные рыбы, например тунцы, во сне продолжают плыть, поскольку иначе им не удастся пропустить сквозь жабры достаточное количество свежей воды. У рептилий видимым признаком засыпания являются закрытые глаза и принятие сидячей или лежачей позы. Змеи и ящерицы часто заползают для сна в укрытие. Однако при виде спящей рептилии не стоит считать себя в безопасности: как и у млекопитающих, поза сна может быть признаком просто отдыха и расслабления, перемежающегося легким сном. Тогда на малейший шорох рептилия реагирует со своей обычной быстротой. И в случае с крокодилом это может кончится очень плохо.
Современные рептилии, впрочем, спят как птицы. Так палеонтологи из Пекина и Нью-Йорка обнаружили в 2004 г. останки некогда уснувшего динозавра. Перед сном животное особым образом расположило задние лапы и втянуло шею. Повернутая назад голова засунута под левую переднюю конечность. «Это положение идентично «укладыванию» многих современных птиц», — пишут исследователи Кхинг Кху и Марк Норелл. Разгадыванию тайн сна находка мало чем помогла, но вписала новую оригинальную страницу в книгу предположений о происхождении птиц от динозавров.
В настоящее время сомнологи убеждены, что все животные так или иначе спят и что мозг при этом всегда играет руководящую роль. Относительно млекопитающих, птиц и пресмыкающихся в этом не может быть никаких сомнений. Но и у беспозвоночных при достаточно точных и детальных экспериментах всякий раз обнаруживались сноподобные состояния. В каждой большой биологической группе уже нашелся хотя бы один регулярно спящий представитель: у низших животных червь Caenorhabditis, у членистоногих — скорпионы, раки и насекомые, у моллюсков — каракатица.
Значительно пошатнулась и долго державшаяся вера в то, что у низших животных нет фазы глубокого сна с явным замедлением мозговых волн и резко повышенным порогом пробуждения. В 2001 г. сомнолог Джером Сигел выяснил, что в мозге черепахи нервные клетки во время сна возбуждены значительно меньше, чем во время бодрствования[5]. Такую же модель возбуждения обнаружили годом позже американцы Ральф Гринспен и Дуглас Нитц у спящих плодовых мушек.
Но наибольшее сходство с глубоким длинноволновым сном млекопитающих и птиц обнаружил в 2004 г. нейробиолог Фидель Рамон из Сиудадского университета в Мексике у красного болотного рака. Он снял ЭЭГ у этих животных, просто напрашивавшихся на эксперимент своей характерной позой сна. Раки, обычно ползающие по дну пресноводных водоемов, во время сна ложатся на бок и всплывают к поверхности воды. В таком положении они почти не реагируют на прикосновение к своему панцирю. Но это не единственный признак сна, обнаруженный у них Рамоном. Электрическая активность мозга у спящих животных меняется — ее волны, как и у млекопитающих, становятся заметно длиннее.
Сон одним полушарием: уловка китовПохоже, не только сон как таковой, но и изменения активности мозга, а значит, деление на фазы легкого и глубокого сна, насчитывающий сотни миллионов лет и почти неизменный принцип жизни. «У всех видов животных, исследованных до настоящего времени, сон — строго регулируемый процесс», — говорит Рето Хьюбер из Мэдисона.
Видимо, сон невероятно важен. Действительно ли это так? Скажем, все царство млекопитающих состоит из существ, которые время от времени ложатся спать, отгораживаются от окружающего мира и перестают двигаться. Все ли млекопитающие без исключения? Нет. Небольшая группа животных, рассеянных по бескрайним океанам, упорно сопротивляется внутреннему побуждению к полному отключению сознания.
Дело в том, что у китов, дельфинов и некоторых ластоногих, живущих в воде, есть проблема. Им нужно спать, а нельзя. Ведь морские млекопитающие должны время от времени всплывать на поверхность, чтобы вдохнуть воздух, но у них в стволе мозга нет центра дыхания, который бессознательно вызывал бы во сне нужные движения[6]. Поэтому они не могут ни плыть под водой в бессознательном состоянии, как рыбы[7], ни устроиться спать на дне[8]. Вместо этого у них в глубоком сне всегда отключается только одна половина мозга, в то время как другая бодрствует и управляет их движениями.
Во время так называемого однополушарного сна морские котики и дельфины плавают по кругу и вовремя всплывают на поверхность, чтобы набрать воздуха. Глаз, относящийся к спящей половине мозга, у них закрыт. Сон с регулярными промежутками переходит с одной стороны на другую, один глаз открывается, другой закрывается, а у этих ластоногих меняется при этом и направление движения. Для большинства сомнологов именно это курьезное изобретение природы является ярким доказательством важности сна. Зачем, спрашивают они, стала бы эволюция пускаться на такие трюки, если бы сон не имел большого значения.
Киты и дельфины, всегда живущие в воде, вообще не спят по-другому. У ушастых тюленей есть выбор. Если они спят на суше, их сознание отключается полностью, а если в воде — животные ограничиваются однополушарным сном.
Кроме того, есть сведения, что киты и дельфины, в отличие от всех остальных млекопитающих, в первые недели после рождения спят очень мало, поскольку это для них слишком опасно. В 2005 г. Олег Лямин из группы лос-анджелесского сомнолога Джерома Сигела выяснил, что косатки и дельфины в первые недели жизни почти не смыкают глаз и постоянно активны. Однако эти результаты весьма спорны, потому что животные наблюдались не круглосуточно[9], и к тому же неясно, не спят ли они и с открытыми глазами[10].
Но, судя по всему, условия жизни порой действительно заставляют многих животных ненадолго резко сократить количество сна. Это подтвердили опыты с белохохлыми овсянками. Обычно эти перелетные птички ночами спят. Однако во время своего ежегодного путешествия за 4 300 км с Аляски в Южную Калифорнию овсянки в темноте летят, вместо того чтобы спать. Их потребность в сне, частично удовлетворяемая днем или вечером перед вылетом, сокращается в среднем до трети обычного значения. Это установил американец Нильс Раттенборг, работающий сейчас в Орнитологическом институте им. Макса Планка. При этом в отличие от коллег из Лос-Анджелеса, наблюдавших за новорожденными дельфинами, Раттенборг не положился на чисто визуальное наблюдение, а снял у птиц ЭЭГ.
А что делают птицы, которые целыми сутками остаются в воздухе, например фрегаты или альбатросы? Ведь они непременно упали бы с неба, даже если бы спали всего треть обычного времени. Похоже, они используют целых три метода, позволяющих спать на лету. Во-первых, большинство птиц, проводящих большую часть времени в воздухе, регулярно переходят на парящий режим, когда можно относительно безопасно задремать. Во-вторых, при сильной усталости они, судя по всему, испытывают эпизоды микросна. Это напоминает провалы в секундный сон, случающиеся у переутомленных людей, но микросон отличается еще большей краткостью и помогает наверстать насущно необходимый глубокий сон. В-третьих, некоторые признаки указывают на то, что птицы тоже умеют спать половиной мозга, как морские животные.
В частности, утки во время сна не всегда полностью отключаются. Если они ощущают угрозу, одно полушарие продолжает бодрствовать. Причем утки, как ни странно, могут даже выбирать, какой половиной мозга им спать. Орнитолог Раттенборг в 1999 г. наблюдал четырех уток, садившихся отдыхать рядком: «Утки посередине спали, закрыв оба глаза, а те, что по краям, как правило, оставляли один глаз открытым, причем преимущественно тот, который был дальше от других уток».
