Удивительно мало известно о том, как спят акулы, говорит эксперт

Эксперт по сну морских эласмобранхов Майкл Лиам Келли рассказывает о новых исследованиях этой интригующей тайны.

Раньше акулы занимали важное место в моих ночных кошмарах: они преследовали меня в океане, реках, бассейнах. Но после того, как в 2015 году я провел некоторое время с этими неуловимыми существами, меня стал беспокоить более насущный вопрос: могут ли те самые существа, которые вторгаются в мои сны, сами спать?

Как ведущий - и единственный в мире - специалист по сну у эласмобранхов (акул и скатов), я и моя исследовательская группа начали разгадывать эту загадку, и наши последние данные о физиологических доказательствах сна у акул являются самыми убедительными на сегодняшний день.

Циркадные ритмы

Покой, или бездействие, часто является самой основной поведенческой характеристикой, которую мы ассоциируем со сном. Именно это поведение и пыталась выявить моя команда, когда мы начали исследование наличия сна у акул. В частности, мы изучали наличие циркадных паттернов активности, поскольку сон у многих животных контролируется циркадными часами (внутренним биохимическим осциллятором).

Однако акулы - уникальная группа позвоночных, поскольку многие виды плавают непрерывно, пассивно нагнетая богатую кислородом морскую воду через жабры - они известны как таранные вентиляторы. Другие виды вручную перекачивают морскую воду через жабры, оставаясь при этом неподвижными (буккальные насосы).

Исследование, проведенное нами в 2020 году, показало наличие суточной активности у всех исследованных видов, как у буккальных насосов, так и у таранных вентиляторов. Важно отметить, что у буккальных насосов эти процессы были внутренне регулируемыми (циркадными по своей природе). Это было важным открытием и большим шагом в правильном направлении, но являются ли периоды бездействия показателем сна?

Сон или спокойный отдых?

Когда животное спит, его реакция и осознание внешней стимуляции снижаются из-за сенсорного отключения, или затухания. Как исследователи сна, мы можем использовать эту вездесущую характеристику сна, чтобы поведенчески отличить сон от спокойного отдыха.

Наше исследование 2021 года показало, что акулы с буккальным насосом меньше реагируют на слабые электрические импульсы после пяти минут бездействия. Это стало критерием для нашего рабочего определения сна у этих животных.

Сон также является внутренне регулируемым, поэтому животные могут восстановить потерянный сон, поспав еще. Эта особенность отсутствовала у акул в нашем исследовании - они не восполняли сон после периодов лишения сна. Это явление также отсутствует во время сна у других морских рыб.

Эти несколько противоречивые результаты подчеркивают важный момент: поведение может быть обманчивым и вводить в заблуждение. Животные могут казаться спящими, но при этом бодрствовать, и наоборот. К сожалению, одного поведения часто бывает недостаточно для надежного определения сна у животных.

Физиология сна у акул

Чтобы окончательно подтвердить наше рабочее определение сна у акул с буккальным насосом (более пяти минут бездействия - это сон), моя команда отправилась на поиски физиологических доказательств сна, которые соответствовали бы тому, что мы наблюдали в поведении.

Для этого мы регистрировали изменения скорости метаболизма у новозеландской шашечной акулы путем записи потребления кислорода в течение 24 часов. Снижение скорости метаболизма во время сна было зафиксировано у многих животных и считается надежным физиологическим показателем сна.

Мы также регистрировали тонкие формы поведения, связанные со сном у других животных, такие как состояние глаз (открытые/закрытые) и положение тела (вертикальное/плоское). Мы обнаружили, что нет существенной разницы в скорости метаболизма между плавающими акулами и акулами, находящимися в состоянии бездействия, которое длилось менее пяти минут.

Однако когда акулы бездействовали в течение пяти минут или дольше, скорость метаболизма резко снижалась. Это физиологическое изменение также сопровождалось заметным изменением позы: акулы переходили от вертикального положения (сидя на грудных плавниках) к полностью лежачему положению. Состояние глаз, однако, как выяснилось, не связано с состоянием сознания акул, поскольку животных часто наблюдали спящими с открытыми глазами.

В совокупности эти данные являются наиболее убедительным доказательством существования сна у акул и подтверждают наши предыдущие поведенческие выводы.

Двигаемся дальше

Сон был обнаружен у всех изученных на сегодняшний день животных, начиная с плоских червей и медуз. Акулы, как самые ранние из живущих челюстных позвоночных, играют важную роль в понимании эволюционной истории сна у позвоночных.

Наши исследования проделали большой путь в раскрытии ранее не имевшего ответа вопроса о сне у акул, но мы коснулись лишь вершины айсберга. Теперь, когда мы знаем, что (по крайней мере, некоторые) акулы действительно спят, следующий вопрос, на который необходимо ответить, - как они спят.

Ничего не известно о сне у таранножаберных акул. Их потребность в постоянном плавании для облегчения газообмена предполагает, что они, вероятно, выработали интересные адаптации, позволяющие им спать при таком необычном образе жизни. Сейчас наша группа проводит электрофизиологические исследования активности мозга, которые позволят получить полное представление о том, какую форму принимает сон у этих животных.

Майкл Лиам Келли, постдокторский научный сотрудник, неврология, Университет Саймона Фрейзера