Science：象海豹在开阔的海洋中进行极限短暂睡眠
Science：象海豹在开阔的海洋中进行极限短暂睡眠
非洲灌木象创下了哺乳动物里每晚睡眠时间最少的世界纪录，它们每晚短暂的睡眠加起来只有两个小时。但现在，科学家们发现它们可能有一个竞争对手：象海豹。
它们在深海觅食时，每天大约睡两个小时，每次睡眠持续约十分钟。在2023年4月发表在《Science》杂志的一项新研究中，研究人员发现，象海豹在开阔的海洋中掌握了一种极限的短暂睡眠策略——它们每天只睡大约两个小时，每次仅十分钟。
象海豹每年有大约七个月的时间在海上寻找猎物，它们可以下潜到2500英尺深，并在没有空气的情况下在水下停留长达半小时。为了避免成为饥肠辘辘的鲨鱼或虎鲸的食物，这些庞大的哺乳动物每次潜水之间只能上来呼吸几分钟。在海洋的深处，黑暗帮助它们更好地躲藏。
“这里有些矛盾，”苏格兰圣安德鲁斯大学海洋哺乳动物研究中心的生态生理学家Chris McKnight告诉全国公共广播电台（NPR）的Ari Daniel，“如果你一直在潜水，且你90%的时间都在海里没有空气的情况下度过，那么你到底什么时候在睡觉？”
与海豚和海狮不同，象海豹（及其他海豹）不能进行单半球睡眠——即大脑的一部分睡觉而另一部分保持清醒。因此，科学家们长期以来一直想知道象海豹是否有时间睡觉。
窥探睡眠中的象海豹大脑
为了研究象海豹如何睡觉，Jessica Kendall-Bar首先需要应对在极端压力下水下测量其大脑活动的挑战。她改装了一种外观类似于泳帽的设备，然后通过前往加州圣克鲁斯的一个冲浪点，将电极应用到自己的头皮上，并对自己进行了测试。
她说：“我真正地模拟了一下作为一只象海豹带着这个设备会是什么感觉。”肯德尔-巴尔随后对这些电极进行了防水处理，并在假装水下小睡时记录了自己的脑电活动。她的设计中使用了与睡眠诊所中用于研究失眠、嗜睡症、阻塞性睡眠呼吸暂停和其他睡眠障碍的电极相同的设备。此外，她还加入了运动传感器和心率监测器。
之后，她将头部设备安装在13只幼年雌性象海豹头上——其中五只在实验室中，八只在野外，并收集了几天的数据。据声明，这是首次记录自由生活的野生海洋哺乳动物脑电活动的研究。
3D漂流潜水睡眠模式
庞大的巨兽，优雅地下沉
她发现，象海豹在慢波睡眠（非快速眼动睡眠的最深阶段）中能够保持身体姿势。但当象海豹切换到快速眼动（REM）睡眠时，这个阶段会导致某些肌肉暂时瘫痪，它们似乎失去了对身体的控制，开始以独特的螺旋式下沉到海底。
“就像一片落叶一样，”Kendall-Bar在声明中说道。
从陆地到海洋的睡眠模式。
(A) 在实验室（陆地和泳池）和野外（陆地、浅水区、大陆架和开阔海域）中象海豹的每日睡眠配额，包括活跃觉醒（深蓝色）、平静（浅蓝色）、困倦（紫色）、快速眼动（REM）睡眠（黄色）和慢波睡眠（SWS，浅蓝色）。
(B) 示意图显示了象海豹在每种栖息地中的休息姿势，包括在大陆架的海底休息和在开阔海洋中漂浮休息的象海豹。
(C) 2D地图显示了记录在海上的三只动物的地理参考轨迹图，带有海底地形。(D) 3D地图展示了睡眠潜水序列，包括图1中的睡眠潜水。
“令我惊讶的是，任何哺乳动物会在漂浮在水面下数百米时进入睡眠，”共同作者、加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的比较生态生理学家Terrie Williams告诉BBC新闻的Victoria Gill。
“这不是浅睡眠，而是真正的瘫痪性深度睡眠，这会让人类打鼾。令人惊讶的是，象海豹的大脑会在氧气耗尽之前可靠地将它们唤醒……想象一下在泳池底部醒来——让人脊背发凉。”
事实上，其中一只被他们昵称为“疲惫的菲奥娜”的象海豹在海底躺着完成了她的打盹。与海面不同，在更深、更黑暗的水下，象海豹不太容易受到捕食者的攻击。大约五到十分钟后，象海豹会醒来并游到水面。
利用收集到的信息，研究人员创建了一种算法，用于从潜水数据中识别睡眠期。然后，他们将这一算法应用于以前从300多只象海豹身上收集的数据，以获得象海豹群体睡眠习惯的整体视图。
研究团队发现，虽然象海豹在海上时每天只睡大约两个小时，但回到陆地后，它们会一次睡超过十个小时。
睡眠识别模型表现
两只幼年象海豹的时间-深度记录 (A和B) 用颜色表示表面间隔（浅蓝色）、潜水（深蓝色）、滑行（蓝色）、SWS（绿色）和REM睡眠（黄色）。在面板 (A1) 和 (B1) 中，识别的睡眠片段在潜水轮廓下方标出，睡眠片段的开始和结束处用从黄色到深蓝色的点表示，根据与睡眠的重叠情况（小睡重叠百分比）着色。面板 (A1) 和 (B1) 中潜水轮廓上方的浅色阴影区域显示了睡眠识别的准确性（假阳性为蓝色，假阴性为黄色，真阳性为绿色）。面板 (A2) 和 (B2) 显示了两个相邻睡眠潜水的脑电图频谱和心率。面板 (A3) 和 (B3) 量化了每日活动预算（或提供估计），以每天的小时数为单位，包括潜水、睡眠估计（上限-未过滤的睡眠识别；最佳估计/下限只包括符合过滤标准的睡眠识别段）、滑行（长滑行 >200秒）、睡眠（包括SWS和REM）和REM睡眠。
“象海豹在睡眠时间上表现出无与伦比的灵活性，时间范围跨度很大。没有其他哺乳动物会从每天睡约两小时（持续超过200天）到每天睡10.8小时，”Kendall-Bar告诉《纽约时报》的Annie Roth，并补充说她希望这项研究能帮助动物保护工作。
估算334只成年雌性每日睡眠时间
(A) 地图显示了15只装有划频记录器的象海豹中的两只的估算睡眠时间（每天小时）。每个圆代表1天，圆的大小和颜色反映了每日的睡眠时间（每天小时）。
(B1 和 B2) 两天24小时的远离海岸（B1）和接近温哥华岛（B2）的时间-深度记录，展示了在近海和远洋觅食期间睡眠的差异。潜水轮廓上方的黄点和绿色阴影区域表示100%重叠的睡眠段（黄色和蓝色阴影分别代表假阴性和假阳性）。
(C) 地图显示了从267只成年雌性象海豹的342条高质量轨迹中剪裁到跟踪数据范围（每只象海豹每天1个点）的空间平均每日睡眠估计。
(D) 长时间脱皮觅食旅行的每日活动预算（n = 164只象海豹），包括表面间隔、潜水、长滑行、长漂流、睡眠估计（过滤的长漂）和长表面间隔。(E) 比较图显示陆地哺乳动物的肉食动物、杂食动物和草食动物的总睡眠时间。
“研究人员做得非常出色，”未参与这项研究的克里斯·麦克奈特说。他表示，看到更多动物的大脑扫描会更好，“但我认为他们已经尽可能多地收集数据了。你只能在它们上岸时短暂地接触这些动物。”
了解更多关于海洋哺乳动物在海上何时、何地以及如何睡觉的信息，可以帮助科学家改善对它们关键休息栖息地的管理。我们可以建立保护区，不仅保护对动物觅食非常重要的区域，还保护它们可能去睡觉的区域。