科学:企鹅一天睡1万次微睡眠,每次睡4秒钟!积11 小时睡眠时间

邓文龙

一天睡1万次，每次睡4秒钟！最新《科学》发现它的终极打盹秘诀  微睡眠 积累11 小时睡眠时间

筑巢的帽带企鹅通过长达数秒的微睡眠积累了大量的睡眠 Nesting chinstrap penguins accrue large quantities of sleep through seconds-long microsleeps

学术经纬

2023/12/04

论文
论文标题：Nesting chinstrap penguins accrue large quantities of sleep through seconds-long microsleeps
作者：P.-A. Libourel, W. Y. Lee, I. Achin, H. Chung, J. Kim, B. Massot, N. C. Rattenborg
期刊：Science,
发表时间：2023/12/01
数字识别码：10.1126/science.adh0771
摘要：Microsleeps, the seconds-long interruptions of wakefulness by eye closure and sleep-related brain activity, are dangerous when driving and might be too short to provide the restorative functions of sleep. If microsleeps do fulfill sleep functions, then animals faced with a continuous need for vigilance might resort to this sleep strategy. We investigated electroencephalographically defined sleep in wild chinstrap penguins, at sea and while nesting in Antarctica, constantly exposed to an egg predator and aggression from other penguins. The penguins nodded off >10,000 times per day, engaging in bouts of bihemispheric and unihemispheric slow-wave sleep lasting on average only 4 seconds, but resulting in the accumulation of >11 hours of sleep for each hemisphere. The investment in microsleeps by successfully breeding penguins suggests that the benefits of sleep can accrue incrementally.

摘要翻译（由计算机程序完成，仅供参考，内容以英文原文为准）：
微睡眠是指闭眼和与睡眠相关的大脑活动导致的长达数秒的清醒中断，在驾驶时是危险的，而且可能太短，无法提供睡眠的恢复功能。如果微睡眠确实能实现睡眠功能，那么面临持续警惕需求的动物可能会采用这种睡眠策略。我们调查了野生颏带企鹅在海上和在南极洲筑巢时的脑电图定义的睡眠，这些企鹅经常暴露在蛋捕食者和其他企鹅的攻击下。企鹅们点了点头>；每天10000次，进行双半球和单半球慢波睡眠，平均仅持续4秒，但导致>；每个半球睡眠11小时。成功繁殖的企鹅对微睡眠的投资表明，睡眠的好处可以逐渐增加。

所属学科：
动物学
▎药明康德内容团队

我们常常会听到睡眠对健康的重要性，夜间保持7-8小时睡眠有助于身体清除废物、修复DNA损伤等过程。对人类来说，夜间可以睡在安全的房屋中，这让我们不必担心遭受野兽袭击或者环境中的危险因素。

但自然界中的动物却没有这些条件，虽然睡眠是必需的，但同样是危险的。当动物进入深度睡眠时，感知周围环境以及做出反应的能力会大幅减弱，这相当于将自己完全暴露给了捕猎者。除此之外，季节、繁殖期、食物供应都会影响动物的睡眠结构，如何能在不深度睡眠情况下获得睡眠的益处呢？

一种替代长时间睡眠的方式是在活动时间打盹。我们平时晚上没有睡好，第二天就会出现打盹的现象，眼睛短暂的闭合数秒到数分钟，然后继续维持清醒。同样地，这种我们非常熟悉的现象同样存在于动物界。

《科学》的一篇最新论文在帽带企鹅（Pygoscelis antarcticus）中发现，它们一天中可能会经历超过一万次打盹，不过每次打盹的时间可能在4秒钟左右。帽带企鹅生活在南极半岛的北端岛屿上，因脖子上有一条像帽带一样的黑色条纹而得名。


在筑巢养育幼儿的过程中，企鹅伴侣的一方需要外出觅食，一方则在巢穴中照看企鹅蛋或者刚出生的幼崽。留守的那只企鹅需要时刻监视食肉鸟类——贼鸥的动态，这些鸥鸟会以企鹅蛋和小企鹅为食。同时，企鹅还要保护好自己的巢，防止其他同类入侵。理论上，它没有条件可以经历长期睡眠。


▲研究者拍摄到睡着的帽带企鹅（图片来源：Won Young Lee）

为了确认这一推测，研究者分别给自由行动和已经筑巢的企鹅植入了记录大脑和肌肉电活动的电极，并且通过远程装置来收集信号。此外他们还会额外收集企鹅的位置以及环境信息。

经过数天的数据收集，研究者基本能观察出不同企鹅的睡眠周期了，他们主要根据脑电图中慢波活动的短暂增加判断企鹅进入了打盹状态。结果显示，负责执行照看工作的企鹅基本没有长时间的睡眠阶段，并且睡眠发生的时间也不固定。它们一天会累积约11小时的睡眠，但这些睡眠会被打碎成超过一万次的打盹，打盹时长平均只有4秒钟，作者将其称作微型睡眠。


▲帽带企鹅的脑电波反映了它们的打盹现象（图片来源：参考资料[3]）

同时这种微型睡眠可以通过现实观察对应确认，比如企鹅会短暂闭上眼睛数秒钟，或者把头低下来。是不是和我们平时上课突然犯困的场景很相似？

传统观点认为长时间的稳定睡眠才能恢复精力，但帽带企鹅的这种微型睡眠却表明，睡眠的益处可以通过短暂但多次的小憩来获得。


▲研究者拍摄到正在孵化后代的帽带企鹅（图片来源：Won Young Lee）

不过，在企鹅个体中也有特例。那些在社群外围筑巢的企鹅个体会经历更长的深度睡眠，这说明警惕贼鸥捕食并非微型睡眠出现的唯一因素，内部企鹅的干扰，比如同类偷窃巢穴材料，或者噪声也促成了微型睡眠的发生。当然还存在一种可能，生活在外围的企鹅也会有着更高的警觉性，因此也需要更长时间的睡眠进行恢复。

评论文章指出，动物界中的睡眠一直非常有趣，比如鸽子会出现“集体警觉”效应，即有些鸽子醒着，有些鸽子睡觉，这样会让整个群体保持警惕性。而帽带企鹅的这种睡眠习性算得上是动物界比较极端的例子了，同时它也证明了睡眠可以通过微量多次来实现。

是不是觉得平时上课打盹，在帽带企鹅面前都是小巫见大巫了呢？

参考资料：
[1] Chinstrap penguins asleep thousands of times per day, but only for seconds at a time. Retrieved November 30, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1008914?
[2] Penguins snatch seconds-long microsleeps. Science (2023). DOI: 10.1126/science.adl2398
[3] Nesting chinstrap penguins accrue large quantities of sleep through seconds-long microsleeps. Science (2023). DOI: 10.1126/science.adh0771

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睡眠
帽带企鹅
打盹
微型睡眠

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