您收到一只鸟的信息：还有谁？我飞的时候也能睡觉
展翅翱翔的军舰鸟。图片：Fort Jefferson
最近，研究人员首次发现鸟类在飞行过程中睡眠的证据。尽管这些鸟儿在飞行中能进行各种类型的睡眠，但每天的睡眠时间还不到一个小时，只是在陆地上的睡觉时间的一小部分。
文章来源丨马普鸟类研究所
翻译丨刘孝男
审校丨杨心舟
西维森马普鸟类研究所（Max Planck Institute for Ornithology in Seewiesen）的尼尔斯·拉腾伯格（Niels Rattenborg）和他的国际同事们测量了军舰鸟的大脑活动，发现在飞行过程中，它们会有一个脑半球或者两个脑半球同时进入睡眠状态。而军舰鸟如何能适应这么短的睡眠时间仍是一个谜。
尼尔斯·拉腾伯格。图片来源：西维森马普鸟类研究所
众所周知，一些雨燕、鸣禽、鹬和海鸟在环球飞行时，会连续几天、几周或几个月不停地飞行。考虑到睡眠不足的负面影响，通常的看法是这些鸟类会在飞行时睡觉来满足睡眠需求。
醒着还是半睡眠？
如果鸟类在飞行中睡着的话，会不会撞到障碍物或者从空中掉下来呢？有个解决方案是在飞行中“关闭”一半的大脑。就像拉腾伯格所展示的，绿头鸭在陆地上危险环境下的睡眠状况一样：位于鸭群边缘的绿头鸭在睡觉的时候会唤醒一个脑半球，同时保持那一侧的眼睛睁开，观察鸭群外的方向，来警惕潜在的危险。基于这些发现，结合海豚在单个脑半球清醒的情况下可以游泳的事实，人们很自然地假设鸟类在飞行时也依靠类似的“自动驾驶”技术来保持平衡。
然而还有另一种可能，那就是鸟类已经进化出了适应超短睡眠时间的能力。研究睡眠的科学家近来发现，雄性胸鹬在求偶竞争的过程中，即使数周内只睡很短的时间也能适应，这就增加了鸟类在飞行中完全放弃睡眠的可能性。因此，长时间的连续飞行并不能被默认为鸟类在飞行中睡眠的证据：除非直接测量鸟类的大脑状态，否则鸟类在飞行中入睡只能是一个推测。
“跟踪”军舰鸟
为了确定鸟类在飞行过程中是否真的睡着了，研究人员需要记录鸟类的大脑活动和身体行为的变化，以便区分它们是醒着还是处在鸟类的两种睡眠状态: 慢波睡眠和快速眼动睡眠。为此，尼尔斯·拉腾伯格找到了苏黎世大学和瑞士联邦理工学院的Alexei Vyssotski进行合作，后者发明了一种用来测量飞行中的鸟类脑电波变化以及头部活动的小型设备。
低空飞行的军舰鸟。图片来源：Omnilexica
在与加拉帕戈斯国家公园和海鸟生物学家塞巴斯蒂安•克鲁兹（Sebastian Cruz）的合作过程中，研究团队将目光锁定在加拉帕戈斯岛上的大军舰鸟身上。军舰鸟是一种大型海鸟，它们会连续数周不间断地在海上飞行。研究人员趁着雌性军舰鸟筑巢的时候，把很小的的“飞行数据记录仪”装在它们的头部。然后这些鸟儿就带着记录仪开始了长达10天3000公里的觅食飞行之旅。
在此期间，记录仪会记录军舰鸟两个脑半球的脑电波活动以及头部的运动，同时一个安装在军舰鸟背部的GPS设备会标记出它们的位置和高度。博士后布莱森·沃林(Bryson Voirin)是文章的共同一作，他说：“像加拉帕戈斯岛上的很多其他动物一样，军舰鸟非常的温和，当我们第二次捕获它们的时候他们甚至在安静的睡觉。”
鸟类在飞行中打盹
飞行数据记录仪揭示的军舰鸟在飞行中的睡眠方式，既有研究人员所预期的，也有他们未曾想到的。白天，军舰鸟保持清醒积极地捕食，随着太阳下山，它们的脑电波会从清醒状态转换到慢波睡眠状态（SWS），最长可达几分钟，而它们本身还在滑翔。令人惊奇的是，SWS既有可能只出现在单个脑半球，也有可能同时出现在两个脑半球。双脑半球睡眠的出现意味着军舰鸟并不需要保持某一个脑半球清醒来维持气动控制。
尽管如此，与在陆地上睡觉相比，SWS在飞行中还是更经常出现在单脑半球。通过仔细观察军舰鸟的运动，研究人员发现了它们为什么会在飞行中单脑半球睡眠的线索。当鸟儿在上升的气流中盘旋时，与朝向转弯方向的那只眼睛相连的脑半球通常是醒着的，而另一边的则在睡眠状态，这表明鸟儿在观察它们要去的方向。拉腾伯格说:“护卫舰鸟可能在密切关注着其他鸟类，防止撞到它们，就像绿头鸭密切关注捕食者一样。”
在飞行中，除了两种SWS形式的睡眠，极少数情况下还会出现快速眼动（REM）睡眠穿插在SWS睡眠中的现象。尽管这一发现对于研究哺乳动物睡眠的科学家来说似乎很有意义，但拉腾伯格并没有很兴奋。哺乳动物的快速眼动睡眠时间较长，并且伴随着肌肉的完全放松，但鸟类的快速眼动睡眠时间仅持续几秒钟。此外，虽然肌肉张力的降低会导致鸟类快速眼动睡眠时头部下垂，但鸟类在这种状态下仍然能够站立(甚至是单腿站立)。同样的，当军舰鸟进入快速眼动睡眠时，它的头会暂时下垂，但它的飞行模式并不会改变。
24小时集中注意力
相比于军舰鸟可以在空中进行各种类型的睡眠，更让人惊奇的可能是它们在飞行中平均每天只睡42分钟。相比之下，当他们回到陆地上时，他们每天要睡超过12个小时，睡眠时间更长，睡眠深度也更深。总的来说，军舰鸟在飞行中是睡眠不足的。“目前还不清楚为什么它们在飞行中睡得这么少，即使它们晚上很少进行觅食”，拉腾伯格说。先前的研究表明，军舰鸟不管白天晚上都要跟随洋流预测捕食条件的变化，也许这就是它们睡得少的原因。如此短暂的睡眠时间表明这一任务需要很多的注意力，让半个大脑去睡觉是无法满足的。因此，军舰鸟在海上需要全天24小时的保持注意力。
从长远来看，拉腾伯格希望能确定为什么军舰鸟能适应这么短的睡眠时间。人类驾驶员如果几个小时不休息，就算知道很危险并且努力保持清醒，他也会打瞌睡。“为什么我们和其他很多动物会被缺觉严重影响，但鸟类却能在缺少睡眠的情况下表现得这么好，这仍是个谜”，拉腾伯格说。综合来自军舰鸟的发现和睡眠对其他动物的重要性的大量证据，也许能为我们理解睡眠及缺少睡眠的后果带来新的视角。
参考来源：
http://maxplanck.nautil.us/article/326/first-evidence-of-sleep-in-flight
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