Pela primeira vez, os cientistas registraram a atividade cerebral em um mamífero marinho selvagem de vida livre, revelando os hábitos de sono dos elefantes-marinhos durante os meses que passam no mar.

As novas descobertas, publicadas em 20 de abril na Science , mostram que, embora os elefantes-marinhos possam passar 10 horas por dia dormindo na praia durante a época de reprodução, eles dormem em média apenas 2 horas por dia quando estão no mar em viagens de busca de alimentos que duram meses. . Eles dormem por cerca de 10 minutos de cada vez durante mergulhos profundos de 30 minutos, muitas vezes descendo em espiral enquanto dormem profundamente e, às vezes, deitados imóveis no fundo do mar.

A primeira autora, Jessica Kendall-Bar, liderou o estudo como estudante de pós-graduação da UC Santa Cruz trabalhando com Daniel Costa e Terrie Williams, ambos professores de ecologia e biologia evolutiva na UCSC.

“Durante anos, uma das questões centrais sobre elefantes marinhos tem sido quando eles dormem”, disse Costa, que dirige o Instituto de Ciências Marinhas da UCSC. O laboratório de Costa liderou o programa de pesquisa de elefantes marinhos da UCSC na Reserva Año Nuevo por mais de 25 anos, usando etiquetas cada vez mais sofisticadas para rastrear os movimentos e o comportamento de mergulho das focas durante suas migrações de alimentação, quando se dirigem para o Oceano Pacífico Norte por tanto tempo como oito meses.

“Os registros de mergulho mostram que eles estão constantemente mergulhando, então pensamos que eles deveriam estar dormindo durante o que chamamos de mergulhos à deriva, quando param de nadar e afundam lentamente, mas realmente não sabíamos”, disse Costa. “Agora finalmente podemos dizer que eles estão definitivamente dormindo durante esses mergulhos, e também descobrimos que eles não estão dormindo muito em comparação com outros mamíferos”.

De fato, durante seus meses no mar, os elefantes-marinhos rivalizam com o recorde de menos sono entre todos os mamíferos, atualmente detido pelos elefantes africanos, que parecem dormir apenas duas horas por dia com base em seus padrões de movimento.

"As focas-elefante são incomuns porque alternam entre dormir muito quando estão em terra, mais de 10 horas por dia, e duas horas ou menos quando estão no mar", disse Kendall-Bar, que atualmente é um pós-doutorado no Scripps Institution of Oceanography da UC San Diego.

Os elefantes marinhos são mais vulneráveis ??a predadores como tubarões e baleias assassinas quando estão na superfície em mar aberto, então eles passam apenas um ou dois minutos respirando na superfície entre os mergulhos.

“Eles são capazes de prender a respiração por um longo tempo, para que possam dormir profundamente nesses mergulhos abaixo da superfície, onde é seguro”, disse Kendall-Bar.

“Usamos os mesmos sensores que você usaria para um estudo do sono humano em uma clínica do sono e um adesivo removível e flexível para prender a tampa da cabeça para que a água não pudesse entrar e interromper os sinais”, disse Kendall-Bar.

Além do sistema EEG, as focas carregavam gravadores de tempo e profundidade, acelerômetros e outros instrumentos que permitiam aos pesquisadores rastrear os movimentos das focas junto com a atividade cerebral correspondente. As gravações mostram focas mergulhadoras entrando no estágio de sono profundo conhecido como sono de ondas lentas , mantendo um deslizamento controlado para baixo e, em seguida, fazendo a transição para o sono de movimento rápido dos olhos (REM), quando a paralisia do sono os faz virar de cabeça para baixo e flutuar para baixo em uma "espiral do sono".

“Eles entram em sono de ondas lentas e mantêm a postura corporal por vários minutos antes da transição para o sono REM, quando perdem o controle postural e viram de cabeça para baixo”, disse Kendall-Bar.

Nas profundidades em que isso acontece, as focas geralmente flutuam negativamente e continuam a cair passivamente em uma espiral de saca-rolhas "como uma folha caindo", disse Williams. Em águas mais rasas sobre a plataforma continental, os elefantes marinhos às vezes dormem enquanto descansam no fundo do mar.

"Não parece possível que eles realmente entrem em sono REM paralítico durante um mergulho, mas isso nos diz algo sobre os processos de tomada de decisão dessas focas para ver onde na coluna d'água elas se sentem seguras o suficiente para dormir, " disse Williams, que dirige o Laboratório de Neurofisiologia Comparada da UCSC.

Ao desenvolver o novo instrumento EEG, Kendall-Bar primeiro o implantou em elefantes marinhos alojados temporariamente nas instalações de mamíferos marinhos do Long Marine Laboratory da UCSC. O próximo passo foi implantá-lo em animais da colônia de elefantes marinhos na Reserva Año Nuevo, ao norte de Santa Cruz, onde os pesquisadores puderam observar os animais na praia.

"Passei muito tempo observando focas adormecidas", disse Kendall-Bar. “Nossa equipe monitorou focas instrumentadas para garantir que elas pudessem se reintegrar à colônia e se comportassem naturalmente”.

Algumas dessas focas fizeram pequenas excursões na água, mas para observar o comportamento de mergulho, os pesquisadores usaram um procedimento de translocação desenvolvido pelo laboratório de Costa. Elefantes-marinhos juvenis equipados com sensores EEG e rastreadores foram transportados de Año Nuevo para Monterey e soltos em uma praia no extremo sul da baía de Monterey. Nos dias seguintes, os animais nadariam de volta para Año Nuevo através do profundo Monterey Canyon, onde seu comportamento de mergulho é muito semelhante ao observado durante viagens de busca de alimentos muito mais longas em mar aberto.

Com dados sobre atividade cerebral e comportamento de mergulho de 13 elefantes-marinhos fêmeas juvenis, incluindo um total de 104 mergulhos durante o sono, Kendall-Bar desenvolveu um algoritmo altamente preciso para identificar períodos de sono com base apenas nos dados do mergulho. Isso permitiu que ela estimasse as cotas de sono para 334 focas adultas usando dados de mergulho registrados ao longo de vários meses durante suas viagens de forrageamento.

"Por causa do conjunto de dados que Dan Costa selecionou ao longo de 25 anos de trabalho com elefantes marinhos em Año Nuevo, pude extrapolar nossos resultados para mais de 300 animais e obter uma visão populacional do comportamento do sono", disse Kendall-Bar, que agora planeja usar métodos semelhantes para estudar a atividade cerebral em outras espécies de focas e leões marinhos e em mergulhadores humanos.

Williams chamou o trabalho de Kendall-Bar no projeto de tour de force. "É uma façanha incrível fazer isso", disse ela. "Ela desenvolveu um sistema EEG para trabalhar em um animal que está mergulhando várias centenas de metros no oceano. Em seguida, ela usa os dados para criar animações baseadas em dados para que possamos realmente visualizar o que o animal está fazendo enquanto mergulha na coluna d'água."

Os resultados podem ser úteis para os esforços de conservação, revelando uma "paisagem do sono" de áreas de descanso preferidas, disse Williams. “Normalmente, nos preocupamos em proteger as áreas onde os animais vão se alimentar, mas talvez os locais onde eles dormem sejam tão importantes quanto qualquer outro habitat crítico”, disse ela.