После невероятного жара пришла глубокая, продолжительная зима. Фотосинтез на суше и в воде был нарушен. Из-за этих перемен, произошедших за короткое время, погибли 75% всех существовавших видов животных и растений. Исчезли все динозавры, кроме тех, что стали предками птиц, а также бесчисленные виды млекопитающих, рыб, моллюсков, растений и даже планктона.
Если бы астероид упал чуть раньше или чуть позже, он бы попал на глубоководье, и последствия оказались бы куда менее разрушительными. Вновь вращение Земли вокруг своей оси оказало решающее влияние на эволюцию жизни на ее поверхности!
Кризис — это возможность
В конце мелового периода наблюдались широкомасштабное расселение оставшихся видов и ускоренная диверсификация морфологических признаков групп животных, переживших катастрофу.
Виды, ранее теснившиеся в экологических нишах с конкурентами и явными врагами, вдруг оказались на разных уровнях пищевой цепочки и даже на ее вершине — все крупные хищники исчезли[85]. В новых эволюционных обстоятельствах появилось множество новых видов млекопитающих, птиц, ящериц и рыб. Приматы и китообразные, две группы млекопитающих с большими когнитивными способностями, после вымирания динозавров распространились по всему миру.
Падение температуры после захода солнца означает, что ночная активность рептилиям почти недоступна: им необходимо внешнее тепло, чтобы, согревшись, запустить метаболизм. Именно способность генерировать тепло позволила млекопитающим занимать экологические ниши в ночное время даже при больших колебаниях температуры внешней среды в разное время года.
Сравнение поведения почти 2500 видов млекопитающих позволяет предположить, что сугубо дневные привычки у них возникли только после вымирания динозавров, с появлением обезьянообразных приматов — 50–30 миллионов лет назад. Необходимость сохранять тепло во время сна способствовала эволюции поведения: особи стали собираться в группы на ночной сон. Это типично для млекопитающих и птиц и сейчас, особенно в холодном климате.
Появление внутреннего контроля за выработкой тепла благоприятствовало быстрому сну, поскольку для его возникновения необходимо поддерживать температуру тела на подходящем уровне. Например, у ехидны быстрый сон наблюдается только при температуре внешней среды около 25°С.
Эволюция быстрого сна сопровождалась почти полным расслаблением мышц — это позволяет поддерживать высокую корковую активность без последствий в виде движений тела. Почти полное расслабление тела во время быстрого сна влечет повышенную яркость сновидений. Животное при этом не просыпается и не совершает нежелательных движений, которые могут привлечь хищников.
Длительный быстрый сон млекопитающих
Одно из основных различий в паттернах быстрого сна у разных видов позвоночных связано с его продолжительностью. У рептилий и птиц циклы сна короткие, а быстрый сон длится всего несколько секунд; у млекопитающих он часто тянется десятки минут, а у некоторых видов — по часу и более. Как правило, суточное количество быстрого сна обратно пропорционально массе тела, поэтому у мелких животных оно обычно больше. Но если исключить из анализа параметр массы тела, то мы увидим тесную корреляцию быстрого сна со степенью незрелости организма на момент рождения.
Для относительно зрелых к моменту рождения животных, таких, как овцы и жирафы, вскоре после рождения демонстрирующих довольно высокую самостоятельность, характерно небольшое количество быстрого сна (всего около часа в день). У относительно незрелых на момент рождения млекопитающих, таких как люди и утконосы, отмечается очень длительный быстрый сон, особенно на ранних этапах жизни.
Человеческий детеныш не может сам себя кормить, передвигаться, защищаться и чиститься. Детеныш утконоса не может даже регулировать свою температуру без контакта с матерью. Что любопытно: и человеческие младенцы, и новорожденные утконосы проводят в фазе быстрого сна около восьми часов в сутки.
У новорожденных млекопитающих, которые еще не открыли глаза, высокий уровень электрической активности (вызванный большим количеством быстрого сна) препятствует атрофии мозга из-за отсутствия стимуляции. Важная роль быстрого сна в развитии эмбриона и во внеутробном обучении состоит в регуляции работы тех генов, которые используются нейронами для поддержания и модификации своих связей.
Быстрый сон играет центральную роль в развитии плода и новорожденного, особенно у тех животных, которые при рождении менее зрелые и нуждаются в значительной модификации, чтобы достичь взрослой фазы. Незрелость в начале жизни — это недостаток: хрупкость детеныша вынуждает родителей постоянно о нем заботиться. Однако в долгосрочной перспективе эта характеристика становится большим преимуществом — особь, избежавшая в детстве смертельных опасностей и имевшая возможность повзрослеть под надзором хороших опекунов, научится оптимизировать жизнедеятельность в своей экологической нише, получит разнообразный опыт и навыки.
Как мы увидим ниже, быстрый сон играет решающую роль в консолидации обучения в долгосрочной перспективе. Для всех, кому нужно многому научиться, он жизненно важен.
Умение плавать, летать, способность мигрировать
Адаптация млекопитающих, птиц и земноводных к водной и воздушной средам и к миграциям связана с глубокими изменениями характера сна. Морские слоны, путешествующие между Аляской и Калифорнией, проводят в воде до восьми месяцев, не имея возможности отдохнуть на твердой земле. Во время миграции эти животные периодически ныряют на глубину более 270 метров. Во время таких погружений они перестают плыть и просто опускаются в глубину, грациозно вращаясь, вероятно, во сне. Это круговое движение позволяет морским слонам значительно снизить скорость, с которой они погружаются на дно Тихого океана.
В 13 тысячах километров от Сейшельских островов проводились эксперименты по отслеживанию морских черепах. Их оснастили устройствами для регистрации времени и глубины погружения. Оказалось, черепахи надолго уходят под воду без перерыва на дыхание: погружения достигают 20 метров в глубину и 50 минут по продолжительности.
Датчики на челюстях рептилий показали, что во время этих глубоких погружений черепахи перестают совершать движения ртом и перекачивать воду, что необходимо им для восприятия окружающей среды на запах. Полученные результаты свидетельствуют, что морские черепахи спят под водой прямо посреди Индийского океана.
Стратегия сна на глубине — вопрос адаптации. Силуэты животных, плавающих близко к поверхности, хорошо видны хищникам, подплывающим снизу. Кроме того, поверхность воды ограничивает возможности побега добычи.
Поскольку эволюцией (как продуктом случайного стечения обстоятельств) нельзя управлять, она часто приводит к совершенно разным решениям одних и тех же проблем.
В отличие от морских слонов и сейшельских черепах, китообразные — собственно киты и дельфины — не спят, погрузившись в воду, а демонстрируют однополушарный сон: они способны спать каждым полушарием мозга попеременно. Это позволяет им пребывать в постоянном движении, периодически поднимаясь к поверхности для вдоха.
У этих животных отсутствует быстрый сон, но наличествует достаточно высокая электрическая активность мозга, обеспечивающая постоянную двигательную активность. Считается доказанным, что ее достаточно для удовлетворения компенсации отсутствия быстрого сна.
Возможно, для китообразных однополушарный сон — единственный способ поспать, но у птиц эпизоды однополушарного сна перемежаются с двухполушарными, которые включают в себя быстрый сон. Высокий риск и энергозатраты,
