Duermen durante unos 10 minutos a la vez durante inmersiones profundas de 30 minutos
Por primera vez, los científicos han registrado la actividad cerebral en un mamífero marino salvaje, revelando los hábitos de sueño de los elefantes marinos durante los meses que pasan en el mar.
Los nuevos hallazgos, publicados hoy 20 de abril, muestran que si bien los elefantes marinos pueden pasar 10 horas al día durmiendo en la playa durante la temporada de reproducción, duermen en promedio solo 2 horas por día cuando están en el mar en viajes de alimentación de meses.
Duermen durante unos 10 minutos a la vez durante inmersiones profundas de 30 minutos, a menudo descendiendo en espiral mientras duermen profundamente y, a veces, yacen inmóviles en el fondo marino.
La primera autora, Jessica Kendall-Bar, dirigió el estudio como estudiante de posgrado de la Universidad de Calofornia, Santa Cruz (UCSC), y trabajó con Daniel Costa y Terrie Williams, ambos profesores de ecología y biología evolutiva en la UCSC.
"Durante años, una de las preguntas centrales sobre los elefantes marinos ha sido cuándo duermen", dijo Costa, quien dirige el Instituto de Ciencias Marinas de la UCSC. El laboratorio de Costa ha liderado el programa de investigación de elefantes marinos de la UCSC en la Reserva Año Nuevo durante más de 25 años, utilizando etiquetas cada vez más sofisticadas para rastrear los movimientos y el comportamiento de buceo de las focas durante sus migraciones de alimentación, cuando se dirigen al Océano Pacífico Norte durante tanto tiempo como como ocho meses.
"Los registros de buceo muestran que se sumergen constantemente, por lo que pensamos que deben estar durmiendo durante lo que llamamos inmersiones a la deriva, cuando dejan de nadar y se hunden lentamente, pero realmente no lo sabíamos", dijo Costa. "Ahora finalmente podemos decir que definitivamente están durmiendo durante esas inmersiones, y también descubrimos que no duermen mucho en general en comparación con otros mamíferos".
Imagen: Los cetáceos (ballenas y delfines) y los otáridos (lobos marinos y leones marinos) mantienen despierto un lado del cerebro mientras el otro está dormido (sueño unihemisférico). En la mayoría de los otros mamíferos, incluidos los fócidos (focas verdaderas) y los humanos, ambos hemisferios del cerebro están dormidos al mismo tiempo. Crédito: Gráfico de Jessica Kendall-Bar
De hecho, durante sus meses en el mar, los elefantes marinos compiten con el récord de menos sueño entre todos los mamíferos, actualmente en manos de los elefantes africanos, que parecen dormir solo dos horas por día según sus patrones de movimiento.
"Los elefantes marinos son inusuales porque cambian entre dormir mucho cuando están en tierra, más de 10 horas al día, y dos horas o menos cuando están en el mar", dijo Kendall-Bar, quien actualmente es un becario postdoctoral en la Institución Scripps de Oceanografía de la UC San Diego.
Los elefantes marinos son más vulnerables a los depredadores como los tiburones y las orcas cuando están en la superficie en mar abierto, por lo que solo pasan uno o dos minutos respirando en la superficie entre inmersiones.
"Son capaces de contener la respiración durante mucho tiempo, por lo que pueden entrar en un sueño profundo en estas inmersiones muy por debajo de la superficie donde es seguro", dijo Kendall-Bar.
Kendall-Bar desarrolló un sistema que puede registrar de manera confiable la actividad cerebral (como un electroencefalograma o EEG) en elefantes marinos salvajes (Mirounga angustirostris) durante su comportamiento normal de buceo en el mar. Con un casco de neopreno para asegurar los sensores EEG y un pequeño registrador de datos para grabar las señales, el sistema se puede recuperar cuando los animales regresan a la playa de Año Nuevo.
Vídeo: Animación basada en datos que muestra las fases un sueño durante una inmersión a 263 metros. Crédito: Animación de Jessica Kendall-Bar.
"Usamos los mismos sensores que usaría para un estudio del sueño humano en una clínica del sueño y un adhesivo flexible y removible para sujetar la gorra para que el agua no pudiera entrar e interrumpir las señales", dijo Kendall-Bar.
Además del sistema EEG, las focas llevaban registradores de profundidad de tiempo, acelerómetros y otros instrumentos que permitieron a los investigadores rastrear los movimientos de las focas junto con la actividad cerebral correspondiente. Las grabaciones muestran a las focas buceando entrando en la etapa de sueño profundo conocida como sueño de ondas lentas mientras mantienen un deslizamiento controlado hacia abajo, luego pasan al sueño de movimiento ocular rápido (REM), cuando la parálisis del sueño hace que se pongan boca abajo y se desplacen hacia abajo en una "espiral del sueño".
Imagen derecha: Cuando los elefantes marinos entran en el sueño de movimiento rápido de los ojos (REM) durante las inmersiones profundas, la parálisis del sueño hace que se pongan boca abajo y se desplacen hacia abajo en una "espiral del sueño". Este gráfico basado en datos muestra posturas para dormir cada 20 segundos, con segmentos de EEG de 30 segundos en segundo plano. Crédito: Jessica Kendall-Bar
"Pasé mucho tiempo observando focas dormidas", dijo Kendall-Bar. "Nuestro equipo supervisó las focas instrumentadas para asegurarse de que pudieran reintegrarse a la colonia y se comportaran de forma natural".
Algunas de esas focas realizaron breves excursiones al agua, pero para observar el comportamiento de buceo, los investigadores utilizaron un procedimiento de translocación desarrollado por el laboratorio de Costa. Elefantes marinos juveniles equipados con sensores y rastreadores EEG fueron transportados desde Año Nuevo a Monterey y liberados en una playa en el extremo sur de la Bahía de Monterey. Durante los días siguientes, los animales nadarían de regreso a Año Nuevo a través del profundo Cañón de Monterey, donde su comportamiento de buceo es muy similar al observado durante viajes mucho más largos de búsqueda de alimento en mar abierto.
Con datos sobre la actividad cerebral y el comportamiento de buceo de 13 elefantes marinos hembra juveniles, incluido un total de 104 inmersiones de sueño, Kendall-Bar desarrolló un algoritmo de alta precisión para identificar períodos de sueño basándose únicamente en los datos de buceo. Esto le permitió estimar las cuotas de sueño de 334 focas adultas utilizando datos de buceo registrados durante varios meses durante sus viajes de alimentación.
Imagen: Los elefantes marinos duermen unas 10 horas al día en la playa, pero durante los viajes de búsqueda de alimento en el mar que duran meses, duermen en promedio solo 2 horas al día. Estos elefantes marinos del norte de 2 meses de edad están durmiendo en la playa en el Parque Estatal Año Nuevo. (Foto por Jessica Kendall-Bar, NMFS 23188)
"Gracias al conjunto de datos que Dan Costa ha seleccionado durante 25 años de trabajo con elefantes marinos en Año Nuevo, pude extrapolar nuestros resultados a más de 300 animales y obtener una visión del comportamiento del sueño a nivel de población", dijo Kendall-Bar, quien ahora planea usar métodos similares para estudiar la actividad cerebral en otras especies de focas y leones marinos y en buceadores humanos.
Williams calificó el trabajo de Kendall-Bar en el proyecto como un tour de force. "Es una increíble hazaña lograr esto", dijo. "Desarrolló un sistema de EEG para trabajar con un animal que se sumerge varios cientos de metros en el océano. Luego usa los datos para crear animaciones basadas en datos para que podamos visualizar realmente lo que hace el animal mientras se sumerge a través de la columna de agua".
Los resultados pueden ser útiles para los esfuerzos de conservación al revelar un "paisaje dormido" de áreas de descanso preferidas, dijo Williams. “Normalmente, nos preocupamos por proteger las áreas donde los animales van a alimentarse, pero quizás los lugares donde duermen son tan importantes como cualquier otro hábitat crítico”, dijo.
Los hallazgos se han publicado en la revista Science: Brain activity of diving seals reveals short sleep cycles at depth
