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虎鲸的睡眠方式独特且适应其水生环境，它们采用“单半球慢波睡眠”的方式，即一个脑半球进入深度休息，而另一个脑半球则保持清醒，以监视周边环境并控制呼吸功能。这种睡眠模式使得虎鲸在睡眠时仍能保持一定的警觉性，防止溺水或遭遇天敌。在野外，虎鲸群有时会进入1至6个小时的睡眠模式，它们会靠得比较紧密，缓慢地在水中游动，并同步进行呼吸。
此时，一头睡眠的虎鲸会先做一次3至5分钟的下潜，然后浮出水面，在另外一次长时间下潜之前，还需要进行5至6次短暂下潜。这种睡眠方式不仅保证了虎鲸的休息，还使其能够在必要时迅速做出反应。而在水族馆中，虎鲸可能会在池底睡觉，但会定期浮上来呼吸。
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