Comment les yeux des rennes se transforment en hiver pour leur donner une vision crépusculaire

Les rennes sont appréciés dans le monde entier pour leurs yeux sombres et expressifs, leurs bois majestueux et leur lien magique avec le Père Noël. Le moment où vous apprenez la froide et dure vérité sur la façon dont les cadeaux de Noël arrivent sous le sapin est un moment déchirant qui gâte plus d’une enfance. Mais les rennes sont plus spéciaux que vos frères et sœurs plus âgés ou vos camarades de classe cyniques ne voudraient vous le faire croire.

Le renne arctique, comme son principal prédateur, le loup, est incroyablement bien adapté à sa patrie enneigée, où les conditions hivernales peuvent amener des températures aussi basses que -50°C et peu de lumière du jour. Les rennes ont une deuxième couche de fourrure et de larges sabots en forme de croissant qui les maintiennent stables et leur permettent de creuser dans la neige. Et comme le montre notre nouvelle étude, leurs yeux changent physiquement au fil des saisons, ce qui leur permet de voir clairement dans le long crépuscule hivernal.

Dans l’Arctique, le milieu de l’hiver est sombre ou crépusculaire lorsque le soleil est sous l’horizon toute la journée. Les rennes doivent trouver et exposer leur nourriture d’hiver, les lichens, en grattant le sol enneigé avec leurs sabots, leurs bois et leur museau. Les lichens sont abondants dans l’Arctique – une source de nourriture idéale que les rennes peuvent trouver n’importe où.

Le crépuscule est spécial

Les rennes se nourrissent au crépuscule lorsque les loups chassent. Cependant, le crépuscule a une propriété unique qui le distingue du jour ou de la nuit : il est extrêmement bleu et contient très peu de vert, de jaune et d’orange.

Parce qu’illuminée par un soleil sous l’horizon, la couche d’ozone terrestre agit comme un filtre, couvrant le ciel, qui au crépuscule absorbe presque toute la lumière sauf la lumière bleue. La lumière du soleil parcourt une plus grande distance à travers l’atmosphère, passant horizontalement à travers la couche d’ozone. Ce bleu d’ozone diffère du bleu clair du ciel diurne causé par la diffusion de la lumière du soleil par les molécules d’air.

Bien que les artistes appellent cette heure après le coucher du soleil « l’heure bleue », la plupart du temps, nous ne le remarquons pas car nos yeux s’adaptent à la couleur qui change lentement. À l’approche de l’obscurité, notre vision passe de la dépendance des récepteurs coniques, qui nous donnent une vision des couleurs, aux bâtonnets plus sensibles, qui sont daltoniens. En hiver, le crépuscule peut durer plus d’un tiers de la journée dans les habitats polaires.

Les loups et les rennes améliorent tous deux leur sensibilité au crépuscule arctique avec un « miroir » derrière leurs rétines. Lorsque la lumière pénètre dans l’œil et traverse la rétine, elle n’est pas entièrement reconnue et absorbée par des neurones spécialisés appelés photorécepteurs. Le miroir la réfléchit à la place à travers la rétine une seconde fois lorsque plus de lumière est détectée. Les rennes voient une image plus lumineuse mais un peu plus floue car le miroir diffuse un peu de lumière latéralement, un peu comme du verre embué.

C’est un avantage en basse lumière car l’animal s’appuie davantage sur le contraste visuel et le mouvement que sur l’acuité visuelle. Le miroir, appelé le tapisserie lumineuse (tapis brillant), a évolué indépendamment chez de nombreux animaux. Les exceptions importantes sont les humains et les oiseaux de proie, qui nécessitent des images nettes.

Des yeux qui changent avec les saisons

Notre étude a comparé les yeux de rennes morts en été avec des spécimens de rennes morts en hiver.

Il a été démontré que les yeux des rennes subissent un changement saisonnier unique dans leur tapetum, changeant de couleur, reflétant la lumière dorée-turquoise en été et reflétant un bleu profond en hiver. Le lichen et la fourrure de loup reflètent moins de bleu que les autres couleurs et apparaissent donc sombres sur le paysage enneigé.

Le tapetum d’un renne utilise la même texture qui compose les plumes irisées du paon, les ailes bleu vif du papillon morpho et les éclats de couleur de la pierre précieuse d’opale. C’est ce qu’on appelle la coloration de la structure.

Dans le tapetum du renne, ces structures sont de très fines fibres de collagène trop petites pour être vues au microscope optique, similaires mais plus fines que la structure des muscles. Considérez ces fibres comme un grand nombre de crayons soigneusement empilés selon un motif hexagonal dans une boîte transparente.

Laissez entrer suffisamment d’eau pour combler les lacunes, réduisez d’un facteur d’environ 40 000 et la boîte reflétera la lumière bleue. Cela représente le tapetum d’hiver.Pour se transformer en tapetum d’été, multipliez par dix la quantité d’eau et doublez la profondeur de la boîte. À cette petite échelle, les fibres conservent à peu près leur motif hexagonal, mais il y a plus d’espaces entre elles.

Nous pensons que cette transformation est déclenchée par un changement de pression dans l’œil du renne qui se produit en été et en hiver.

Vous pouvez aussi y penser comme des yeux de renne qui ont des pneus d’été et d’hiver. Par temps très froid, laissez un peu d’air s’échapper des pneus pour augmenter la traction sur la glace. Le renne draine le liquide de son tapetum pour mieux voir son environnement.

Cette information peut aider les ingénieurs à créer des produits qui modifient la couleur réfléchie. Les possibilités sont infinies. Si, au lieu d’utiliser une peinture à base de pigments, vous utilisez une surface recouverte d’une nanostructure réfléchissante similaire à celle du tapetum du renne, vous pouvez changer la couleur en modifiant l’espacement des « pins » réduits qui reflètent la lumière. Par exemple, vous pouvez changer la couleur de votre voiture en ajustant la séparation. Contrairement à de nombreux pigments, ces couleurs structurelles ne s’estompent pas avec le temps.

Ainsi, alors que les rennes ont longtemps inspiré les traditions de Noël racontées dans le monde entier, ils pourraient désormais inspirer la technologie et la science.

Robert AE Fosbury reçoit un financement du BBSRC. Le projet a été initialement financé par BB/F008244/1