Otázka “Spějí ptáci za letu?” Zdá se to absurdní: pták přece potřebuje pracovat křídly a zároveň se dívat, kam letíte. Co je to za sen! Je to jako zeptat se sportovce, jestli může při běhu usnout. Je samozřejmé, že ptáci, aby mohli spát, potřebují někde sedět a často vidíme holuby, vrabce, vrány a kachny spí na stromech, drátech nebo prostě na zemi.

Black swift v letu. Fotografie: mikelane45 / Depositphotos.
Mladý rorýs ještě není schopen dlouhých letů. Foto: hlavkom/Depositphotos.

Velmi zřídka si rorýsi dovolí přistát. Většinu času tráví ve vzduchu a létají tisíce kilometrů. Fotografie: izanbar / Depositphotos.

Rodina fregat během krátkého odpočinku. Vlevo je samička (má bílé hrdlo), vpravo samec s červeným nafukovacím hrdlem. Fotografie: photonatura / Depositphotos.

Velká fregata v letu. Fotografie: izanbar / Depositphotos.
Fregaty spí na hnízdě mnohem déle než ve vzduchu. Fotografie: ammmit / Depositphotos.

Ale mezi ptáky jsou tací, kteří dělají velmi dlouhé lety a obecně se cítí lépe ve vzduchu než na zemi. Jedná se například o swifty. Stěhovavé druhy rorýsů migrují tisíce a tisíce kilometrů. Na zemi je lze spatřit pouze při násadových vejcích. Rychlík má tak krátké nohy, že nemůže chodit po zemi.

Před několika lety vědci ze Švýcarského institutu ornitologie, kteří se chtěli dozvědět více o chování těchto ptáků během migrace, připojili k několika rorýsům bělobřichým speciální senzory, které zaznamenávaly všechny pohyby ptáků a byly dostatečně malé a lehké, aby jim jakýmkoliv způsobem bránit. Ukázalo se, že během zimování rorýsi na zem vůbec nepřistávají. Létají bez mezipřistání nad západní Afrikou více než dvě stě dní a celou tu dobu téměř nestráví bez spánku.

Další příklad dlouhého letu bez mezipřistání demonstrují velké fregaty. Celý jejich život je spjat s mořem a pobřežím, ale neumějí plavat ani se potápět. Fregaty loví ryby z vodní hladiny, sledují vodní predátory, kteří pronásledují hejna ryb a proudy unášející něco jedlého z hlubin moře.

Letos v létě vyšel v časopise Science článek, jehož autoři tvrdili, že fregaty jsou schopny strávit dva měsíce ve vzduchu bez přistání. Vynakládají málo energie: ptáci pomocí stoupajících proudů vzduchu stoupají do výšky až 4 km a odtud pomalu, během několika hodin, sestupují. S největší pravděpodobností si stihnou při plachtění zdřímnout, ale abychom si byli jisti s jistotou, a nikoli nepřímými důkazy, je nutné zaznamenávat signály mozkové aktivity létajícího ptáka.

ČTĚTE VÍCE
Jak je okřehek užitečný?

Takový zdánlivě nemožný experiment byl nakonec proveden. Vědci z Max Planck Institute for Ornitology a University of Zurich vyvinuli zařízení, které zaznamenává elektrické rytmy mozku fregaty, polohu její hlavy, způsob letu (pták klouže nebo mává křídly), rychlost a směr pohybu. Zařízení bylo vyrobeno tak, aby jej bylo možné umístit na hlavu ptáka, aniž by ho nějak rušilo. Pro experiment bylo vybráno 3000 dospělých samic z Galapágských ostrovů a nastal čas, aby nakrmily svá mláďata. Ptáci se několik dní krmili nad oceánem (vzdálenost, kterou za tuto dobu celkem urazili, byla asi XNUMX km), a poté se vrátili na břeh, kde byli znovu odchyceni a sledovací zařízení se zaznamenanými údaji bylo odstraněno z jejich hlava.

Co je to za data? Jak si pamatujeme, spánek se skládá ze dvou dlouhých fází, které se liší nejen elektrickou aktivitou mozku, ale také obecnou fyziologií: pomalá, která se sama rozpadá do několika fází, a rychlá, neboli REM fáze (z anglického výrazu „ rychlé oko“). pohyby“ – rychlé pohyby očí). V REM spánku, na rozdíl od non-REM spánku, se oči začnou pohybovat pod víčky, dýchání a srdeční frekvence se mění a mozkové rytmy se objevují, jako by byl mozek vzhůru. Článek v Nature Communications, vydaný v srpnu tohoto roku, říká, že fregaty přes den nespaly, ale jak padala noc, objevily se v jejich mozku pomalé spánkové rytmy. „Ospalé“ rytmy u ptáků většinou vznikaly pouze v jedné hemisféře, ale někdy „usnuly“ obě hemisféry současně.

Unihemisférický spánek, kdy hemisféry spí střídavě, není tak neobvyklý. Takto spí někteří vodní savci (tuleň, delfíni, kapustňáci) a někteří ptáci. Část mozku, která je bdělá, pomáhá plavat, pokud se jedná o vodního živočicha, nebo prostě jen sleduje dění kolem. Například v hejnu ptáků mají jedinci, kteří jsou na okraji, během spánku jedno oko otevřené, aby si včas všimli blížícího se predátora (je jasné, že s otevřeným okem je spojena právě bdělá hemisféra). Lidé mají také jakýsi unihemisférický spánek (viz „Věda a život“ č. 8, 2016, článek „Spánek na novém místě“) – zapne se, když musíme spát na novém místě. Pravda, na rozdíl od zvířat se hemisféry lidského mozku nenahrazují „ve službě“, to znamená, že bdělá hemisféra zůstává vzhůru až do rána.

ČTĚTE VÍCE
Jak široká je brána?

Nad oceánem se fregaty nemusí bát predátorů, ale potřebují udržovat správný směr letu. Stoupající ve spirále na stoupajících proudech vzduchu udržují otevřené oko, které se dívá ve směru zatáčky. Odpovědnosti hemisfér jsou rozděleny podle toho: která z nich nyní spí a která ne. Zcela výjimečně je u fregat pomalý spánek nahrazen rychlým spánkem, který trvá jen několik sekund.

REM spánek se u savců a ptáků liší. U zvířat trvá několik minut až několik desítek minut a je doprovázena úplnou svalovou relaxací. Ptáci mají mnohem kratší REM spánek a zároveň nějakým způsobem udržují tonus některých svalů. Například navzdory REM spánku mohou ptáci i nadále stát na jedné noze. I když fregaty během REM spánku spadly hlavy, nevybočily ze svého kurzu. Celkově však fregaty za letu spí málo, pouze 42 minut denně, zatímco na souši někdy tráví spánkem 20 hodin. Období „pozemského spánku“ u fregat trvají déle a spánek sám se stává hlubším než ve vzduchu – pravděpodobně má stále vliv chronický nedostatek spánku během letu. Je docela možné, že ostatní ptáci, kteří tráví několik dní v letu, spí stejným způsobem – po troškách – a vypínají hemisféry odděleně.

O některých ptácích je známo, že jsou schopni neuvěřitelně dlouhých letů, které až dosud zůstávaly pro vědce záhadou. Někteří vědci navrhli, že stěhovaví ptáci jsou nějakým způsobem schopni spát při letu. Nový experiment mezinárodního týmu vědců tuto teorii prokázal a prokázal, že ptáci si mohou ve skutečnosti zdřímnout, zatímco pokračují v letu plovoucím proudem.

Na fregaty byla umístěna sledovací zařízení. © Don Mammoser | Shutterstock

Výsledky studie Nielse Rattenborga (Niels Rattenborg) z Institutu Maxe Plancka a jeho kolegů z řady dalších ústavů byly v časopise publikovány Přírodní komunikace. Vědci poskytli důkazy, že ptáci mohou během letu spát buď tím, že udržují jednu polovinu svého mozku aktivní, nebo dočasně vypnou obě mozkové hemisféry. Je pozoruhodné, že stěhovaví ptáci si zachovávají svou schopnost navigace i během takzvaného spánku „rychlého pohybu očí“, během kterého tělo dočasně ztrácí svalový tonus.

ČTĚTE VÍCE
Co nakreslil Durer?

Je dobře známo, že ptáci, jako jsou rorýsi a brodiví, jsou schopni během migrace překonat obrovské vzdálenosti. Vědci proto předpokládají, že takoví ptáci by si měli vyvinout schopnost na chvíli vypnout jednu polovinu mozku a dát druhé odpočinout a bez rizika pádu za letu. Delfíni mají podobný mechanismus regulace spánku. Umožňuje jim zůstat na hladině, aniž by se během spánku potopili.

Doposud však pro tento předpoklad neexistoval žádný konkrétní vědecký důkaz. Aby potvrdili svou teorii, Rattenborg a jeho kolegové přímo zaznamenávali mozkovou aktivitu ptáků během letu. Jejich cílem bylo zjistit, jaký typ spánku – pomalý nebo rychlý – je přítomen u ptáků během dlouhých letů.

Společně s výzkumníky z Curyšské univerzity a Švýcarského federálního technologického institutu vyvinul Rattenborgův tým malé zařízení, které bylo připevněno k hlavě ptáka a které zaznamenávalo mozkovou aktivitu a zaznamenávalo také pohyby ptačí hlavy.

Jako výzkumné objekty byly vybrány fregaty, které hnízdí na Galapágách. Tito ptáci musí často strávit několik týdnů létáním nad oceánem při hledání kořisti. Výsledkem bylo, že v rámci studie fregaty s malým zařízením na hlavě uletěly asi 3000 kilometrů, aniž by se zastavily, aby si odpočinuly.

Po odstranění záznamníků a analýze letových dat výzkumníci učinili překvapivé objevy. Ukázalo se, že ptáci byli vzhůru pouze během denního světla, ale po západu slunce se přepnuli do režimu plachtění (na rozdíl od aktivního hledání potravy) a zařízení začalo zaznamenávat spánek s pomalými vlnami, který mohl trvat až několik minut.

Bylo kuriózní a pro vědce zcela neočekávané, že pomaluvlnný spánek lze zaznamenat jak na jedné hemisféře (jak vědci původně předpokládali), tak na obou hemisférách současně. Vědci dospěli k závěru, že ptáci obecně nevyžadují neustálou aktivitu jedné hemisféry mozku pro aerodynamickou kontrolu. Takový sen se však v rámci této studie vyskytoval poměrně často, když ptáci, kroužící, stoupali vzhůru na vzdušných proudech. To naznačuje, že ptáci doslova spali jedním okem a druhým se dívali, aby se nesrazili s překážkami.

Pokud jde o fázi REM spánku, je třeba poznamenat, že se liší u ptáků od podobného typu spánku u savců. Na rozdíl od lidí, u kterých jsou fáze REM spánku dlouhé a způsobují úplnou ztrátu svalového tonusu, u ptáků tato fáze trvá jen několik sekund. Kvůli ztrátě svalového tonusu však ptákům během REM spánku klesají hlavy, což však neovlivňuje samotný let.

ČTĚTE VÍCE
M se živí zajíc polní?

Navzdory této úžasné schopnosti spát během letu se ukázalo, že celková doba spánku fregat je extrémně krátká. V průměru spali tito ptáci pouze 42 minut denně. Naproti tomu tito ptáci obvykle spí 12 hodin denně, když zůstávají na souši. Takový výrazný kontrast v chování ptáků zůstává pro vědce záhadou.