A comprehensive study of sleep-wake behavior in the burrowing owl (Athene cunicularia)
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Resumo
The well-balanced coordination of the sleep-wake cycle is a mandatory, homeostatically
regulated, and universally conserved requirement for animal survival. Yet, many aspects
of this vital process remain poorly understood. Motivated by the great potential of
comparative studies to clarify various conundrums in this research area, the present
study provides a comprehensive behavioral account of the sleep-wake cycle in the
burrowing owl (Athena cunicularia). The originality of this endeavor rested on an
eclectic and parsimonious mix of primary literature and intimate, personal observations
suggesting that this owl species may represent a rare of cathemerality in birds, a
behavioral trait intrinsically linked to polyphasic sleep. To provide more direct and
quantitative evidence for this hypothesis, we videotaped a total of 7 owls over a daily
cycle (24h) in an outdoor aviary, and scored their behavioral repertoire, with one-
second precision, according to an ethogram tailored to organize specific behaviors into
sleep/wake-related categories. To analyze this dataset, we used various complementary
approaches, including circular model selection, computation of scalar quantities,
probabilities based on state transitions, and multivariate statistics. Overall, the results
obtained from this analysis indicate that burrowing owls fragment their daily life into
short-lived, irregular, albeit non-random, bursts of activity, mostly expressed by head
movements. This behavioral pattern was sustained day and night, with minor
alterations, except for twilight hours, during which an expressive increase in
wakefulness was detected, demonstrating that the latent notion of burrowing owls
being a cathemeral bird is accurate. Moreover, the scoring of vigilant and rest poses
proved to be a valuable strategy to gain a deeper understanding of the sleep-wake
profile of burrowing owls. In light of the complex nature of sleep loss in birds, we were
surprised to discover that burrowing owls exhibit sleep rebound even though our
results are based on behavioral indicators. This leads us to the following conclusion: the
fact that burrowing owl species present a fragmented sleep pattern largely distributed
over 24 hours does not exempt them from the need for sleep compensation. Indeed, this
is the first study documenting sleep recovery after a period of experimentally induced
sleep deprivation in owls.
Abstract
O ciclo sono-vigı́lia é homeostaticamente regulado e universalmente conservado no
reino animal, sendo a coordenação bem equilibrada desse processo um imperativo para
sobrevivência. Todavia, muitos aspectos desse processo vital ainda permanecem pouco
compreendidos. Motivados pelo grande potencial dos estudos comparativos que
buscam elucidar várias questões nesta área, o presente trabalho apresenta um estudo
comportamental pormenorizado sobre o ciclo sono-vigı́lia da coruja buraqueira (Athene
cunicularia). A originalidade deste estudo fundamenta-se numa mistura eclética e
parcimoniosa da literatura primária e de observações pessoais sugerindo que a coruja
buraqueira representa um caso raro de catemeralidade em aves - traço comportamental
intrinsecamente ligado ao sono polifásico. A fim de fornecer evidências mais diretas e
quantitativas sobre essa hipótese, filmamos um total de 7 corujas por dia em um viveiro
ao ar livre; e anotamos, com 1 segundo de precisão, o seu repertório comportamental
tendo com base um etograma especificamente elaborado para descrever os
comportamentos relacionados ao ciclo sono/vigı́lia. Para analisar tal conjunto de dados,
utilizamos várias abordagens complementares, incluindo a seleção de modelos
circulares, análises quantitativas, probabilidades de transições de estado, e estatı́sticas
multivariadas. Globalmente, os resultados obtidos a partir dessas análises indicam que
as corujas buraqueiras fragmentam suas atividades diárias em picos de curta duração,
de forma irregular e não aleatória, sendo em sua maioria expressas por movimentos de
cabeça. Esse padrão comportamental manteve-se dia e noite havendo ligeiras alterações
em cada hora do dia e um expressivo aumento de atividade durante o crepúsculo,
corroborando, pois, a noção latente de que a coruja buraqueira é uma ave catemeral.
Vale a pena destacar que a marcação das poses vigilante e de repouso mostrou ser uma
estratégia valiosa para se obter uma compreensão mais profunda do ciclo sono-vigı́lia
das corujas buraqueiras. À luz da complexa natureza da privação de sono em aves,
ficamos surpreendidos ao constatarmos que as corujas buraqueiras exibem rebote do
sono, ainda que nossos resultados tenham se baseado em indicadores
comportamentais. Tudo isso nos permite concluir que o fato das corujas buraqueiras
apresentarem um padrão de sono fragmentado, amplamente distribuı́do ao longo de 24
horas, não as isenta da necessidade de compensação do sono. Este é o primeiro estudo a
documentar um efeito rebote após perı́odo de privação de sono induzida
experimentalmente em corujas.
Assunto
Fisiologia, Aves, Estrigiformes, Privação do Sono, Vigília
Palavras-chave
Birds, Burrowing owls, Cathemerality, Sleep deprivation, Sleep homeostasis, Sleep-wake behaviors