Rendieren zijn over de hele wereld geliefd vanwege hun donkere, expressieve ogen, majestueuze gewei en magische associatie met de kerstman. Op het moment dat je de koude, harde waarheid leert over hoe kerstcadeaus onder de boom komen, is een schrijnende die menig jeugd verwoest. Maar rendieren zijn specialer dan je cynische oudere broer of zus of klasgenoten je hadden willen doen geloven.

Het Arctische rendier is, net als zijn belangrijkste roofdier, de wolf, ongelooflijk goed aangepast aan zijn besneeuwde huis, waar de winterse omstandigheden de temperaturen tot -50°C en weinig daglicht kunnen zien dalen. Rendieren hebben een tweede laag vacht en brede halvemaanvormige hoeven die hen stabiel houden en hen in staat stellen om in de sneeuw te graven. En als onze nieuwe Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences studie laat zien dat hun ogen fysieke veranderingen ondergaan als de seizoenen veranderen, waardoor ze duidelijk kunnen zien in de lange winterschemering.

Midden in de winter in het noordpoolgebied is het donker of schemerig, wanneer de zon de hele dag onder de horizon staat. Rendieren moeten hun wintervoedsel, korstmos, vinden en blootleggen door de besneeuwde grond te borstelen met hun hoeven, gewei en muilkorven. Korstmossen zijn er in overvloed in het noordpoolgebied - een ideale voedselbron die rendieren overal kunnen vinden.

Twilight is speciaal

Rendieren voeden zich in de schemering wanneer wolven jagen. Twilight heeft echter een unieke eigenschap die het onderscheidt van dag en nacht:het is extreem blauw en bevat weinig groen, geel en oranje.

Dit komt omdat, verlicht door een zon onder de horizon, de ozonlaag van de aarde fungeert als een filter dat de lucht overspant, dat 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 is anders dan het heldere hemelsblauw overdag, dat wordt veroorzaakt door verstrooiing van zonlicht door luchtmoleculen.

Hoewel kunstenaars deze tijd na zonsondergang "The Blue Hour" noemen, hebben we de neiging om het niet op te merken omdat onze ogen zich aanpassen aan de langzaam veranderende kleur. Naarmate de duisternis nadert, schakelt ons zicht over van het vertrouwen op de kegelreceptoren die ons kleurenvisie geven naar het gebruik van de meer gevoelige staafjes, die kleurenblind zijn. In de winter kan de schemering meer dan een derde van de dag duren in polaire habitats.

Wolven en rendieren verbeteren beide hun gevoeligheid voor arctische schemering met een "spiegel" achter het netvlies. Wanneer licht het oog binnenkomt en door het netvlies gaat, wordt niet alles gedetecteerd en geabsorbeerd door gespecialiseerde neuronen die fotoreceptoren worden genoemd. De spiegel reflecteert het in plaats daarvan voor een tweede keer terug door het netvlies, wanneer er meer licht wordt gedetecteerd. De rendieren zien een beeld dat helderder maar iets vager is omdat de spiegel wat licht zijwaarts verstrooit, een beetje zoals een beslagen glas.

Dit is een voordeel bij weinig licht omdat het dier meer vertrouwt op visueel contrast en beweging dan op visuele scherpte. De spiegel, genaamd het tapetum lucidum (glanzend tapijt), onafhankelijk geëvolueerd bij veel dieren. Belangrijke uitzonderingen zijn mensen 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.

Het toonde aan dat rendierogen een unieke seizoensverandering ondergaan in hun tapetum en van kleur veranderen, waarbij ze goud-turkoois licht reflecteren in de zomer en diepblauw spiegelen in de winter. Zowel korstmossen als wolvenvacht reflecteren minder blauw dan andere kleuren en lijken dus donker tegen het besneeuwde landschap.

Het tapetum van een rendier maakt gebruik van dezelfde structuur als de iriserende veren van de pauw, de schitterende blauwe vleugels van de Morpho-vlinder en de kleurflitsen van de opalen edelsteen. Dit wordt structurele kleuring genoemd.

In het rendiertapetum zijn deze structuren zeer fijne collageenvezels die te klein zijn om met een lichtmicroscoop te worden gezien, vergelijkbaar met maar fijner dan de structuur van spieren. Stel je deze vezels voor als een groot aantal potloden netjes gestapeld in een transparante doos in een zeshoekig patroon.

Laat voldoende water in om de gaten te vullen, verklein de schaal met een factor van ongeveer 40.000 en de doos zal blauw licht weerkaatsen. Dit vertegenwoordigt het wintertapetum. Om te transformeren naar het zomertapetum, vertienvoudigt u de hoeveelheid water en verdubbelt u de diepte van de doos. Op deze kleine schaal zullen de vezels ruwweg hun hexagonale patroon behouden, maar er zullen meer openingen tussen hen zijn.

We denken dat deze transformatie wordt veroorzaakt door een drukverandering in het rendieroog die zowel in de zomer als in de winter plaatsvindt.

Een andere manier om het te zien is als rendierogen met zomer- en winterbanden. Tijdens zeer koude omstandigheden laat je wat lucht uit de banden om de tractie op het ijs te vergroten. Het rendier laat vocht uit zijn tapetum ontsnappen om een ​​beter zicht op zijn omgeving te krijgen.

Deze bevinding kan ingenieurs helpen om producten te maken die de gereflecteerde kleur veranderen. De mogelijkheden zijn eindeloos. Als u een oppervlak gebruikt dat is gecoat met een reflecterende nanostructuur, vergelijkbaar met dat van het tapetum van het rendier, in plaats van verf op pigmentbasis, kunt u van kleur veranderen door de scheiding van de verkleinde "potloden" die het licht weerkaatsen te veranderen. U kunt bijvoorbeeld de kleur van uw auto veranderen door de scheiding af te stemmen. In tegenstelling tot veel pigmenten vervagen deze structuurverven niet na verloop van tijd.

Dus terwijl rendieren al lang de kersttraditie over de hele wereld hebben geïnspireerd, kunnen ze nu technologie en wetenschap inspireren.