Hvordan rensdyrøjne forvandles om vinteren for at give dem skumringssyn

Rensdyr er elsket verden over for deres mørke, udtryksfulde øjne, majestætiske gevirer og magiske omgang med julemanden. Det øjeblik, du lærer den kolde, hårde sandhed om, hvordan julegaver ankommer under træet, er et rystende øjeblik, der forplumrer mange barndomsår. Men rensdyr er mere specielle, end din kyniske ældre søskende eller klassekammerater ville have haft dig til at tro.

Det arktiske rensdyr er, ligesom dets vigtigste rovdyr ulven, utrolig godt tilpasset sit snedækkede hjem, hvor vinterforhold kan se temperaturer falde til -50°C og lave niveauer af dagslys. Rensdyr har et andet lag pels og brede halvmåneformede hove, der holder dem stabile og lader dem grave i sneen. Og som vores nye Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences undersøgelse viser, at deres øjne undergår fysiske forandringer efterhånden som årstiderne skifter, hvilket giver dem mulighed for at se klart i den lange vintertusmørke.

Midtvinteren i Arktis er enten mørk eller tusmørke, når solen er under horisonten hele dagen. Rensdyr har brug for at finde og afdække deres vinterføde, lav, ved at børste den snedækkede jord med deres hove, gevirer og mundkurve. Lav er der rigeligt af i Arktis - en ideel fødekilde, som rensdyr kan finde, uanset hvor de går.

Twilight er speciel

Rensdyr lever i tusmørket, når ulve jager. Dog har tusmørket en unik egenskab, som adskiller det fra dag eller nat:det er ekstremt blåt og indeholder meget lidt grønt, gult og orange.

Dette skyldes, at Jordens ozonlag, oplyst af en sol under horisonten, fungerer som et filter, der spænder over himlen, som i tusmørke absorberer næsten alt lys undtagen blåt lys. Sollyset rejser en større afstand gennem atmosfæren og passerer vandret gennem ozonlaget. Denne ozonblå er forskellig fra den klare himmelblå om dagen, som er forårsaget af spredning af sollys fra luftmolekyler.

Selvom kunstnere kalder denne tid efter solnedgang "The Blue Hour", har vi en tendens til ikke at bemærke det, fordi vores øjne tilpasser sig den langsomt skiftende farve. Når mørket nærmer sig, skifter vores syn fra at stole på keglereceptorerne, der giver os farvesyn, til at bruge de mere følsomme stænger, som er farveblinde. Om vinteren kan tusmørket vare mere end en tredjedel af dagen i polare levesteder.

Ulve og rensdyr forbedrer begge deres følsomhed over for arktisk tusmørke med et "spejl" bag nethinden. Når lys kommer ind i øjet og passerer gennem nethinden, bliver ikke det hele detekteret og absorberet af specialiserede neuroner kaldet fotoreceptorer. Spejlet reflekterer det i stedet tilbage gennem nethinden for anden gang, hvor mere lys vil blive detekteret. Rensdyrene ser et billede, der er lysere, men lidt mere sløret, fordi spejlet spreder noget lys sidelæns, lidt som et dugget glas.

Dette er en fordel i svagt lys, fordi dyret er mere afhængig af visuel kontrast og bevægelse end visuel skarphed. Spejlet, kaldet tapetum lucidum (skinnende tæppe), udviklet uafhængigt i mange dyr. Vigtige undtagelser omfatter mennesker og rovfugle, som har brug for skarpe billeder.

Øjne, der skifter med årstiderne

Vores undersøgelse sammenlignede øjnene fra rensdyr, der døde om sommeren, med prøver fra rensdyr, der døde om vinteren.

Det viste, at rensdyrøjne gennemgår en unik sæsonbestemt ændring i dens tapetum og skifter farve, hvilket reflekterer guld-turkis lys om sommeren og spejler dybblå om vinteren. Både lav- og ulvepels afspejler mindre blå end andre farver, så de ser mørke ud mod det snedækkede landskab.

Et rensdyrs tapetum bruger den samme struktur, som gør påfuglens iriserende fjer, Morpho-sommerfuglens strålende blå vinger og opalperlens farveglimt. Dette kaldes strukturel farvning.

I rensdyret tapetum er disse strukturer meget fine kollagenfibre, der er for små til at kunne ses med et lysmikroskop, svarende til, men finere end musklernes struktur. Forestil dig disse fibre som et stort antal blyanter pænt stablet i en gennemsigtig kasse i et sekskantet mønster.

Lad nok vand ind til at fylde hullerne, reducer skalaen med en faktor på omkring 40.000, og kassen vil reflektere blåt lys. Dette repræsenterer vinterens tapetum. For at omdanne til sommertapetet skal du øge mængden af ​​vand tidoblet og fordoble dybden af ​​kassen. I denne lille skala vil fibrene nogenlunde bevare deres sekskantede mønster, men der vil være flere mellemrum mellem dem.

Vi tror, ​​at denne transformation er udløst af en trykændring i rensdyrøjet, der sker om sommeren og vinteren.

En anden måde at tænke det på er som rensdyrøjne med sommer- og vinterdæk. Under meget kolde forhold slipper du lidt luft ud af dækkene for at øge trækkraften på isen. Rensdyret slipper væske ud af dets tapetum for at afsløre et bedre udsyn til omgivelserne.

Denne opdagelse kan hjælpe ingeniører med at fremstille produkter, der ændrer reflekteret farve. Mulighederne er uendelige. Hvis du bruger en overflade belagt med en reflekterende nanostruktur, der ligner rensdyrets tapetum, frem for en pigmentbaseret maling, kan du ændre farve ved at ændre adskillelsen af ​​de nedskalerede "blyanter", der reflekterer lyset. For eksempel kan du ændre farven på din bil ved at justere adskillelsen. I modsætning til mange pigmenter falmer disse strukturelle malinger ikke over tid.

Så selvom rensdyr længe har inspireret juletraditioner fortalt over hele verden, kunne de nu inspirere teknologi og videnskab.