Shutterstock
Rendieren zijn over de hele wereld geliefd om hun donkere, expressieve ogen, majestueuze geweien en magische associatie met de Kerstman. Het moment waarop je de koude, harde waarheid te horen krijgt over hoe kerstcadeaus onder de boom belanden, is een schrijnend moment dat menig kindertijd verpest. Maar rendieren zijn specialer dan je cynische oudere broer of zus of klasgenoten je willen doen geloven.
Het Arctische rendier is, net als zijn voornaamste roofdier de wolf, ongelooflijk goed aangepast aan zijn besneeuwde thuis, waar de winterse omstandigheden kunnen leiden tot temperaturen van -50°C en er weinig daglicht is. Rendieren hebben een tweede laag vacht en brede halvemaanvormige hoeven die hen stabiel houden en hen in staat stellen in de sneeuw te graven. En uit onze nieuwe studie blijkt dat hun ogen fysieke veranderingen ondergaan naarmate de seizoenen veranderen, waardoor ze in de lange winterschemering goed kunnen zien.
Midden in de winter op de Noordpool is het de hele dag donker of schemerig, als de zon onder de horizon staat. Rendieren moeten hun wintervoedsel, korstmossen, vinden en blootleggen door met hun hoeven, geweien en snuiten over de besneeuwde grond te vegen. Korstmossen zijn er in overvloed in het noordpoolgebied – een ideale voedselbron die rendieren overal kunnen vinden.
Noordelijke korstmossen.
Shutterstock
Twilight is speciaal
Rendieren voeden zich in de schemering wanneer de wolven jagen. De schemering heeft echter een unieke eigenschap die haar onderscheidt van dag of nacht: zij is extreem blauw en bevat zeer weinig groen, geel en oranje.
Dit komt doordat, verlicht door een zon onder de horizon, de ozonlaag van de aarde als een filter over de hemel werkt, die in de schemering bijna al het licht absorbeert behalve blauw licht. Het zonlicht legt een grotere afstand af door de atmosfeer en gaat horizontaal door de ozonlaag. Dit ozonblauw verschilt van het heldere hemelsblauw overdag, dat wordt veroorzaakt door verstrooiing van zonlicht door luchtmoleculen.
Hoewel kunstenaars dit tijdstip na zonsondergang “het blauwe uur” noemen, merken wij het meestal niet op omdat onze ogen zich aanpassen aan de langzaam veranderende kleur. Naarmate de duisternis nadert, schakelt ons gezichtsvermogen over van de kegelreceptoren die ons kleurenzicht geven naar de meer gevoelige staafjes, die kleurenblind zijn. In de winter kan de schemering in poolgebieden meer dan een derde van de dag duren.
Wolven en rendieren verbeteren beiden hun gevoeligheid voor de poolschemering met een “spiegel” achter het netvlies. Wanneer licht het oog binnenkomt en door het netvlies gaat, wordt het niet allemaal gedetecteerd en geabsorbeerd door gespecialiseerde neuronen, fotoreceptoren genaamd. In plaats daarvan reflecteert de spiegel het licht terug via het netvlies voor een tweede keer, wanneer meer licht zal worden gedetecteerd. Het rendier ziet een beeld dat helderder is maar iets waziger omdat de spiegel wat licht zijwaarts verstrooit, een beetje zoals een mistig glas.
Dit is een voordeel bij weinig licht omdat het dier meer vertrouwt op visueel contrast en beweging dan op visuele scherpte. De spiegel, die het tapetum lucidum (lichtend tapijt) wordt genoemd, is bij veel dieren onafhankelijk geëvolueerd. Belangrijke uitzonderingen zijn de mens en roofvogels, die scherpe beelden nodig hebben.
Ogen die veranderen met de seizoenen
Onze studie vergeleek de ogen van rendieren die in de zomer stierven met exemplaren van rendieren die in de winter stierven.
Daaruit bleek dat de ogen van rendieren een unieke seizoensverandering ondergaan in het tapetum en van kleur veranderen, waarbij ze in de zomer goud-turquoise licht weerkaatsen en in de winter diepblauw spiegelen. Zowel korstmos als wolvenvacht weerkaatsen minder blauw dan andere kleuren en lijken dus donker tegen het besneeuwde landschap.
Rendierogen veranderen van kleur met de seizoenen.
Shutterstock
Het tapetum van een rendier maakt gebruik van dezelfde structuur die de iriserende veren van de pauw, de briljant blauwe vleugels van de Morpho-vlinder en de kleurflitsen van de opaal edelsteen maakt. Dit wordt structurele kleuring genoemd.
In het tapetum van het rendier zijn deze structuren zeer fijne vezels van collageen, te klein om met een lichtmicroscoop te kunnen zien, vergelijkbaar met maar fijner dan de structuur van spieren. Stel je deze vezels voor als een groot aantal potloden netjes gestapeld in een doorzichtige doos in een zeshoekig patroon.
Laat er genoeg water in om de openingen op te vullen, verklein de schaal met een factor van ongeveer 40.000 en de doos zal blauw licht weerkaatsen. Dit stelt het winter tapetum voor. Om over te gaan op het zomertapetum, vertienvoudig je de hoeveelheid water en verdubbel je de diepte van de doos. Op deze kleine schaal zullen de vezels ongeveer hun zeshoekige patroon behouden, maar er zullen meer openingen tussen de vezels zijn.
Wij denken dat deze transformatie wordt teweeggebracht door een drukverandering in het rendieroog die zich voordoet in zomer en winter.
Wolven zijn het belangrijkste rendierroofdier.
Shutterstock
Een andere manier om het te zien is als rendierogen die zomer- en winterbanden hebben. Tijdens zeer koude omstandigheden laat je wat lucht uit de banden lopen om de tractie op het ijs te vergroten. Het rendier laat vloeistof uit zijn tapetum lopen om een beter zicht op zijn omgeving te krijgen.
Deze bevinding kan ingenieurs helpen om producten te maken die van kleur veranderen. De mogelijkheden zijn eindeloos. Als je een oppervlak bedekt met een reflecterende nano-
structuur, vergelijkbaar met die van het tapetum van het rendier, in plaats van een verf op pigmentbasis, kun je van kleur veranderen door de scheiding te veranderen van de verkleinde “potloden” die het licht weerkaatsen. Zo kun je bijvoorbeeld de kleur van je auto veranderen door de scheiding aan te passen. In tegenstelling tot veel pigmenten, vervagen deze structuurverven niet na verloop van tijd.
Terwijl rendieren dus al lang een inspiratiebron zijn voor kersttradities die over de hele wereld worden verteld, kunnen ze nu ook technologie en wetenschap inspireren.
Robert A E Fosbury ontvangt financiering van BBSRC, Het project werd oorspronkelijk gefinancierd door BB/F008244/1
