這種鳥可以邊飛邊睡，卻每天只睡 42 分鐘

研究者第一次確認鳥類可以一邊飛行一邊睡覺。來自西維森鳥類學馬克斯·普朗克研究所的 Niels Rattenborg 和國際小組的同事通過測量軍艦鳥的腦部活動，發現它們在飛行時能夠睡覺，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。儘管飛行時它們能完成各種類型的睡眠，卻每天只睡不到1小時，遠少於它們在陸地上的睡眠時間。軍艦鳥如何適應這麼短暫的睡眠時間仍舊是個迷。

來源 Max Planck Society

撰文 Niels C Rattenborg

翻譯 虞光輝

審校 譚坤

軍艦鳥展翅達兩米，它們是卓越的滑翔者，一天能飛幾百千米

Credit: B. Voirin

雨燕、鳴禽、鷸和海鳥等在地球上翱翔時，可以連續飛行幾天、幾周，甚至幾個月。考慮到睡眠缺失會對飛行產生的不利影響，人們推測鳥類很可能會在飛行中睡覺。

半睡半醒還是完全清醒？

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閉一半大腦。正如 Rattenborg 曾經證明綠頭鴨在陸地上的危險環境中睡覺時那樣。當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隻眼睛，防止撞到別的鴨子，同時關注著潛在的危險。基於海豚可在游泳時半腦睡眠的發現，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」，實現飛行中的導航和空氣動力學方面的調控。

睜著一隻眼睡覺的鴨子

然而，也有可能有些鳥進化出欺騙睡眠的辦法。睡眠研究者與同事最近發現，雄性斑胸濱鷸在競爭雌性期間，可以連續幾個星期只睡一點點。這讓科學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，連續飛行的證據不能作為邊飛邊睡的證據。在沒有直接監測鳥類的大腦活動狀態前，這只是個假說。

飛行數據記錄證實鳥在飛行中打盹

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，以區分清醒狀態和兩種睡眠方式：慢波睡眠(slow wave sleep，SWS)和快速眼動(rapid eye movement，REM)睡眠。 Niels Rattenborg 與蘇黎世聯邦理工學院的 Alexei Vyssotski 合作，利用後者開發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。

與厄瓜多的海洋鳥類學家 Sebastian Cruz 以及加拉巴戈斯國家公園合作，小組重點關注在加拉巴戈斯島築巢的大軍艦鳥。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趕到水表的飛魚和魷魚。研究者暫時性地將「飛行數據記錄器「」戴到築巢的雌性軍艦鳥的頭上，然後這些鳥戴著記錄器不停地覓食飛行達十餘天，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。當這些鳥回到陸地並休息一段時間後，就被重新抓住並取下這些裝置。文章的共同一作，博士後 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。」

飛行數據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。太陽落山後, 在鳥類高飛時，腦電圖時而由清醒模式切換為 SWS，並可持續幾分鐘。令人驚訝的是，SWS 不僅會只出現在一個半球，也可能同時在兩個半球出現。這種雙側大腦睡眠表明，空氣動力學的操控甚至連一側腦清醒也不需要。儘管如此,與在陸地上睡眠相比, 飛行時候時候的半腦 SWS 比例更高。通過仔細檢查軍艦鳥的運動,研究人員發現了它們為什麼進行半腦睡眠的線索。當鳥兒盤旋著，依靠上升氣流時，面對氣流轉彎方向的那隻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。「軍艦可能也像野鴨那樣，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。雖然這一發現讓研究睡眠的科學家感到震驚，對鳥類經驗豐富的 Ratteborg 卻並不那麼意外。和哺乳動物不同，由於鳥類的長時間的 REM 會伴隨著肌肉張力的完全消失，鳥類的 REM 睡眠只持續幾秒鐘。另外，雖然 REM 睡眠中導致的肌肉張力消失會導致頭部下垂，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，當軍艦鳥進入 REM 睡眠，雖然頭部低垂，仍可保持飛行姿勢。

求偶炫耀中的斑胸濱鷸，求偶期間它們可以幾乎不睡覺

軍艦鳥需要時刻保持注意力

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，當回到陸地上，它們幾乎每天要睡12個小時以上，並且睡的要沉得多。總體來可以說軍艦鳥在飛行時被剝奪了睡眠。「為什麼雖然夜間它們基本上不覓食，還是睡這麼少依然是個迷。」 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，這麼短的睡眠意味著，這種任務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需求。

Rattenborg 的長遠目標是希望能知道軍艦鳥為何能適應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。「為什麼我們以及其他哺乳動物，睡眠不足就會痛苦不已，而鳥類卻可以適應相對短得多的睡眠」 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入全新的階段。

原文鏈接：http://phys.org/news/2016-08-birds-engage-flight-remarkably-small.html

論文信息

題目 Evidence that birds sleep inmid-fli

作者 Niels C Rattenborg

期刊 Nature Communications

日期 03 August 2016

doi:10.1038/ncomms12468

摘要 Many birds fly non-stop for days or longer, but do they sleepin flight and if so, how? It is commonly assumed that flying birds maintainenvironmental awareness and aerodynamic control by sleeping with only one eyeclosed and one cerebral hemisphere at a time. However, sleep has never beendemonstrated in flying birds. Here, using electroencephalogram recordings ofgreat frigatebirds (Fregata minor) flying over the ocean for up to 10 days, weshow that they can sleep with either one hemisphere at a time or bothhemispheres simultaneously. Also unexpectedly, frigatebirds sleep for only0.69?h?d?1 (7.4% of the time spent sleeping on land), indicating thatecological demands for attention usually exceed the attention afforded by sleepingunihemispherically. In addition to establishing that birds can sleep in flight,our results challenge the view that they sustain prolonged flights by obtainingnormal amounts of sleep on the wing.

鏈接 http://www.nature.com/ncomms/2016/160803/ncomms12468/full/ncomms12468.htm

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