用肺呼吸的鲸类，在海里睡觉为啥不会被憋死？
鲸类重返海洋，是进化史上令人惊叹的事实之一。为了适应新环境，鲸类克服了诸多障碍，并成了海洋中最特殊的“不速之客”。
例如，流线型的身体、特化的鳍状肢、毛发退化和鲸脂层增厚等，都减少水中阻力，让其在水下畅通无阻，活像一条鱼。但鲸并不是鱼，和我们一样，鲸类属于哺乳动物，同样用肺呼吸。
进化，并不会完全抛弃既有的系统，而是一个在已有的基础上缝缝补补的过程。本来就用肺呼吸的鲸类祖先，很难再演化出鱼类的鳃以利用溶在水中的氧气。
而这也带来了一个鲸生难题——它们到底是怎么睡觉？总不能没事就醒来换气吧？
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我们先来看鲸类是怎么在海里创造憋气极限的。很多人都知道，它们每隔一段时间就必须浮到水面呼吸。这就像是我们去游泳一样，时不时也得换气。
而5000万年的演化历程中，也让它们的“鼻子”从脸部移至头顶，我们称之为“气孔”（blowhole）。其中，须鲸有两个气孔，而齿鲸则只有一个气孔。
当肌肉放松时，气孔就会被肌皮瓣膜覆盖，保持关闭的状态，这适用潜入水中。只有当浮出水面时，它们才会控制气孔打开，将气体喷出并吸入新鲜空气。
所以说，除了可自主控制开合的气孔外，鲸豚类与我们的呼吸方式并无本质差别，都由植物神经掌控。
而这也意味着，它们和人类一样都不会忘记呼吸，并且不能靠憋气自杀。不过，在陷入惊慌，来不及浮上水面呼吸的情况下，它们倒是会因窒息而亡。
而我们平时看到的鲸头顶“喷水”，也并非真的有海水从其气孔喷出。这其实是喷薄而出的温暖水蒸气遇冷后凝结成的水珠。从远处看，这便像一条水柱。而这现象，与我们冬日里哈气形成白雾的原理是一样的。
另外，因为每种鲸都拥有相对独特的气孔，经验丰富的观鲸者甚至能根据水柱形状识别特定物种。
座头鲸头顶的两个“鼻孔”
鲸和海豚们换气，是非常高效的。体型较小的海豚，只需一秒就能完成换气，而最大的蓝鲸也只需几秒钟。另外，把“鼻孔”安在头顶，也是更有利于它们在未完全浮出水面的情况下快速换气。
吸一口新鲜空气，就能供他们在海里潜行一段时间了。例如，抹香鲸深吸一口气，就可以下潜至2000多米深的海域，下一次浮上至海面呼吸，就已经是两个小时以后了。不过，自由潜水的世界纪录保持者则是柯氏喙鲸，它们最深能下潜至2992米的海底。
人类自由潜水，是一种危险的极限运动
而人类在水下屏住呼吸最长时间不过19分钟。另外，人类自由潜水深度纪录则为170米，但这项纪录的创造者却在返回水面过程中因事故身亡。
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那为什么鲸类能憋气这么久？
在哺乳动物体内，存在着两种与氧气相关的重要蛋白，分别为血红蛋白和肌红蛋白。
其中，血液中的血红蛋白能将大气中的氧输送给机体。而肌肉中的肌红蛋白，其功能则是贮存氧气，当机体需要时再释放。因此，即便屏住呼吸一会儿，肌红蛋白也能为身体供氧。
而与人类相比，鲸类无论是血红蛋白，还是肌红蛋白的浓度都比人类高。所以，鲸类也能更加高效地运输和贮存氧气。
鲸鱼肉。肌红蛋白能使肌肉呈现红色，于是肌红蛋浓度极高的鲸类，其肌肉颜色几乎是红得发黑
在静息时，人类每分钟呼吸约为12至20次，但每一次呼吸仅能消耗肺吸入氧气的15%。而这也意味着，人类呼出的气体中还有大量未经利用的氧气。但鲸类对氧气的利用率却高得多，高达90%的被吸入氧气都能用到实处。
另外，相比陆地上的哺乳动物，鲸类的肌红蛋白还进化出了一些适应深潜的特性。一般来说，肌红蛋白浓度越高就越容易聚集在一起，储氧能力也会随之被削弱。但科学家却发现，深潜海洋的哺乳动物其肌红蛋白表面电荷会增加。
肌红蛋白的螺旋结构域模型
这使得肌红蛋白之间相互排斥，更不容易聚集在一起。因此，稍长潜水的鲸类就算肌红蛋白浓度很高，其储氧能力也不受影响。当然，这只是它们深潜千米都不带喘气的秘诀之一。它们还能通过外围血管的收缩，保证低氧敏感组织或器官的氧供给等。
这样看来，练就了憋气神功的鲸类，在海洋中睡个好觉也不算难吧？但憋气时长，其实与它们睡眠时长的关系并不大。
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毫无疑问，鲸豚类也是需要睡觉和休息的。根据以往对圈养和野生鲸豚类的观察，科学家就将它们的睡眠姿态分为两类，一种是呈垂直或水平的姿势在水面附近漂浮，另一种则是在同伴的陪伴下缓慢地游动。
而这些状态也被称为“logging”，因为漂浮在水面附近的鲸类就像一块巨大的浮木。
图片来源：STEPHANE GRANZOTTO
例如，2008年时，英国和日本的生物学家，就拍摄到了一群抹香鲸聚众睡觉的画面。一共30多只成年鲸围在一起，垂直地漂浮在水面附近，就连船只在旁边经过它们都没有反应。
而通过观察，船上的研究人员发现它们每天只会花7%的时间睡觉，而每次大约10到15分钟。相比于人类一睡就是一宿的状态，这种方式顶多叫做打盹，自然不会窒息。
由此可见，抹香鲸能长时间憋气，并非是为了睡大觉。事实上，憋气反而是为了深潜，以获得更深处海域的丰富食物。
图源：HOWSTUFFWORKS.COM
其实在自然界，动物们的睡眠时间并非都如此严格。例如，长颈鹿就几乎不怎么睡觉。它们每天只能享受30分钟的深度睡眠，而这30分钟还会分成碎片化的好几次，一次只有几分钟。
在捕猎者的威胁下，警觉的长颈鹿一般会选择站着打盹。不过，在相对安全的动物园里长颈鹿还会四腿跪下，将脖子搭在屁股上睡觉。而圈养状态下的长颈鹿，其睡眠时间也较野外状态长得多。
以屁股为枕的长颈鹿
另外需要注意的是，并非所有的鲸豚类都是憋气高手。例如某些海豚，不到十分钟就需要换气一次了。但科学家却发现，它们在晚上竟能进入更深层次的睡眠，而且一次就会睡上几个小时。
脑电图(EEG)数据显示，宽吻海豚平均每天就有33.4%的时间在睡觉。这睡眠时长已与人类相差无几，甚至比人类还要长。
而为了保证呼吸的畅通无阻，它们的解决方案是只让一边的大脑进入深度睡眠状态，另一边的大脑则保持清醒。
这被称为单半球慢波睡眠（Unihemispheric slow-wave sleep ，USWS），也叫不对称慢波睡眠。
脑电图显示的慢波睡眠，图源：维基百科
从入睡到清醒分为两大阶段：快速动眼睡眠期与非快速动眼睡眠期。而慢波睡眠，其实也就是非快速动眼睡眠期，这是睡眠过程中身体能够得到完全舒缓和放松的关键时期。而这一阶段的睡眠，也正是我们俗话说的深度睡眠，不容易被唤醒。
但是，单半球慢波睡眠这种独特的睡眠机制，则能让海豚们在进入深度睡眠的同时保持警觉。
那另一边清晰的大脑，除了能保证睡眠中自主呼吸，还帮助它们发现潜在的威胁，及时避开捕猎者。
进入单半球慢波睡眠状态的麻雀。图源：维基百科
此外，这种特别的睡眠模式，也普遍在鸟类身上被发现。所以，当你看到一只鸟睁一只眼闭一只眼时，那可能就是它们正在睡觉了。同样，进入单半球慢波睡眠状态的海豚，也是只闭上单只眼睛，那只睁开的眼睛，依然能洞察险情。
更有趣的是，如果让绿头鸭站成一排，最边上的鸭子睡觉时还会把朝向外的眼睛睁开。这时，这只睡着了的鸭子依然能看到捕猎者的一举一动，好帮自己的伙伴放哨。
观察绿头鸭半球慢波睡眠的实验箱
更夸张的是，在一些鸟类的长途飞行中，半球慢波睡眠还能助它们实现边飞边睡的神技。
例如雨燕自出生学会飞行后，就几乎不降落了。有纪录显示，它们能在空中逗留长达两年的时间。而在飞行期间，它们也只能在天空中睡觉了。
普通雨燕，也就是传说中的“没有脚的雀仔”，其脚已经退化到只能攀附，难以站立
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尽管我们无法确切知道“只用半个大脑睡觉”是什么感觉，但这很可能类似于我们的“认床”。
很多人在新环境的第一夜，都会产生一种睡得迷迷糊糊、半梦半醒的情况。而研究已发现，这其实也是一种轻度的不对称睡眠。在陌生环境下睡觉，大脑的两个半球的状态是不同的，其中左半脑会更加“清醒”一些。
这也是一种保护机制，新环境意味着危险，人类会更加警觉。但幸好，当熟悉了这一陌生环境，我们就又能睡得沉沉的了。
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