Утки на зимнем пруду: воспроизвести работу из Nature с набережной

Что предстоит проверить

В 1999 году Нильс Раттенборг, Стивен Лима и Чарльз Амланер опубликовали в Nature работу о кряквах. Птиц укладывали спать в ряд и смотрели, что происходит.

Оказалось, что утки в середине ряда спят обычным образом, закрыв оба глаза. А те, что с краю, держат один глаз открытым — причём именно тот, что смотрит наружу, прочь от группы.

Более того: если крайняя птица разворачивается, она меняет глаз.

Открытый глаз означает, что соответствующее полушарие не спит. Птица спит половиной мозга и сторожит другой — это называется однополушарным сном, и подробно о нём написано в отдельной статье: Однополушарный сон.

А теперь главное. Всё это можно увидеть самому. Зимой на незамерзающей воде в городе кряквы спят на виду, в нескольких метрах от людей. Приборов не требуется вовсе.

Почему это стоит делать

Обычно школьный опыт воспроизводит то, что и так известно всем: закон Ома, маятник, разложение света. Здесь другое — вы проверяете результат научной статьи на своих данных, и результат этот большинству людей неизвестен.

Причём проверяете не на слово. У работы есть точное предсказание, которое можно опровергнуть. Именно это отличает наблюдение от рассматривания.

Три уровня, от простого к строгому

Уровень 1: просто увидеть

Найдите группу спящих уток и посмотрите на крайних птиц. Открыт ли у кого-то один глаз?

Это ещё не измерение, но без него дальше идти бессмысленно: надо научиться отличать спящую птицу от бодрствующей.

Уровень 2: край против середины

Считайте птиц двух видов: крайних в группе и из середины. Для каждой отмечайте, открыт ли глаз.

Предсказание: у крайних доля открытых глаз выше.

Здесь уже есть слабое место, и его надо назвать. Допустим, у крайних глаз открыт чаще. Но это может значить просто, что крайние птицы вообще беспокойнее — а вовсе не то, что они спят половиной мозга. Одно наблюдение двух объяснений не различает.

Уровень 3: какой именно глаз — вот это решающее

А вот теперь предсказание, которое различает.

Если дело в общей беспокойности, то у крайней птицы безразлично, какой глаз открыт — левый и правый должны встречаться примерно поровну.

Если верна работа 1999 года, то открыт будет тот, что смотрит наружу, от группы. Значит, у птицы на левом краю и у птицы на правом краю открыты разные глаза.

Именно это и надо считать. Тут «беспокойностью» не отговоришься.

Высший пилотаж — застать разворот. Дождитесь, пока крайняя птица развернётся на месте, и посмотрите, сменит ли она глаз. Такое увидишь не каждый выход, но одно наблюдение стоит десятка обычных.

Что понадобится

• Блокнот и карандаш (не ручка: на морозе паста застывает)
• Бинокль — не обязателен, но очень помогает: птицы не пугаются, а глаз видно чётко. Подойдёт любой, от 8×30
• Тёплая одежда. Стоять придётся неподвижно
• Телефон — снять видео группы, чтобы разобрать кадры дома

Всё вместе — от нуля рублей, если бинокль есть или обойтись без него.

Как отличить спящую утку

Это самое трудное место опыта, и его надо освоить до начала счёта.

Поза сна: птица сидит или стоит неподвижно, голова повёрнута назад и клюв убран в перья спины. Иногда стоит на одной ноге.

Важное предупреждение. Птица, стоящая на одной ноге с убранной головой, спит не обязательно однополушарно. Одна нога — способ сберечь тепло, а не признак сна. Считать надо только тех птиц, у которых клюв убран в перья, — и смотреть у них состояние глаза.

Бодрствующая птица держит голову поднятой, вертит ею, кормится или чистится. Такие в счёт не идут вовсе.

Спорные случаи не додумывайте. Если непонятно, спит птица или нет, — не записывайте её. Отброшенное сомнительное наблюдение честнее натянутого.

Порядок наблюдения

Где. Незамерзающий участок реки или пруда в городе. Такие места известны любому местному: там утки зимуют десятками.

Когда. Днём, в спокойную погоду. Утки спят днём тоже, а в оттепель и в метель ведут себя иначе — погоду записывайте.

Как подойти. Медленно, остановиться в нескольких метрах и замереть. Спугнутая группа перестраивается, и всё придётся начинать заново. Не кормите: кормление немедленно поднимает всех.

Что считать группой. Птицы, сидящие вплотную или почти вплотную. Крайние — две птицы по концам ряда. Остальные — середина. Одиночек не считайте.

Таблица для записи

Записывайте каждую птицу в позе сна, а не только интересные случаи. Отбор «интересного» — самый надёжный способ получить любой желаемый результат.

Как посчитать результат

Соберите записи в две доли:

Доля открытых глаз у крайних = (крайних с открытым глазом) ÷ (всех крайних в позе сна)

Доля открытых глаз в середине = (середины с открытым глазом) ÷ (всей середины в позе сна)

Затем — решающее:

Доля «наружу» у крайних = (крайних, у кого открыт наружный глаз) ÷ (всех крайних с одним открытым глазом)

Если бы глаз выбирался случайно, эта доля была бы около 0,5. Работа 1999 года предсказывает заметно больше.

Сколько наблюдений нужно. Меньше тридцати птиц в позе сна — говорить не о чем: при малых числах доля скачет сама по себе. Пятьдесят-сто — уже разговор.

Простая проверка на честность. Разбейте свои записи пополам — например, по выходам — и посчитайте долю в каждой половине отдельно. Если половины дают близкие числа, результат устойчив. Если разные — у вас пока шум, и надо продолжать.

Что может пойти не так

Птиц мало или они не спят. Ходите в другое время: сытая днём группа спит охотнее. И проверьте, не кормит ли их кто-то постоянно — там будет не до сна.

Не видно глаз. Нужен бинокль либо более близкая точка. Издалека сомнительное наблюдение лучше не записывать.

Группа не выстраивается в ряд. Утки часто спят кучей, а не линией. Тогда «крайние» — те, у кого хотя бы с одной стороны нет соседей, а «наружу» — в сторону от центра скопления. Определение запишите заранее и держитесь его: менять правило по ходу нельзя.

Доли получились одинаковыми. Это результат. Запишите его с числом наблюдений и разбросом. Работа 1999 года выполнена на утках в контролируемых условиях; городские зимующие птицы — другая обстановка, и расхождение может быть настоящим.

Остриё науки

Наши виды не проверяли. Работа 1999 года выполнена на кряквах в лаборатории. Насколько это переносится на городских зимующих птиц, на других уток, на гусей — не изучено. Перенос результата с условий на условия без проверки в биологии не работает, и здесь вы стоите на настоящей границе, а не на учебной.

Зачем сон вообще нужен. Если половины мозга хватает, а морской котик может две недели обходиться почти без быстрого сна и потом не отсыпаться, то представление о сне как о накапливающемся долге приходится пересматривать. Об этом — в статье Однополушарный сон.

Спит ли участок ткани. Есть работы, показывающие, что у бодрствующего животного отдельные группы нейронов самостоятельно переходят в «сонное» состояние. Тогда однополушарный сон — не экзотика, а самый заметный случай общего правила, и вопрос «спит или бодрствует» поставлен неверно.

Об аккуратности к птицам

Опыт целиком наблюдательный: ничего не делают, ни во что не вмешиваются.

Зимующая птица тратит почти всё, что съела, на обогрев. Спугнуть спящую группу — значит заставить её потратить запас впустую. Поэтому: не подходить вплотную, не шуметь, не пускать собаку, не кормить хлебом.

Наблюдение ничего не стоит птице, если наблюдатель стоит тихо. В этом и смысл: всё нужное видно, ничего трогать не надо.

Читать дальше

→ Однополушарный сон: дельфины, котики, фрегаты — и почему стало неясно, зачем сон нужен → Подслушивание: поползень читает чужой сигнал: ещё одно наблюдение за птицами, доступное в парке → Гнёзда-инженеры: что птицы умеют строить