Le renne sono amate in tutto il mondo per i loro occhi scuri ed espressivi, le maestose corna e la magica associazione con Babbo Natale. Il momento in cui apprendi la fredda e dura verità di come i regali di Natale arrivano sotto l'albero è straziante che rovina molte infanzie. Ma le renne sono più speciali di quanto il tuo cinico fratello maggiore o i tuoi compagni di classe ti avrebbero fatto credere.

La renna artica, come il suo principale predatore, il lupo, è incredibilmente ben adattata alla sua casa innevata, dove le condizioni invernali possono vedere temperature che scendono fino a -50°C e bassi livelli di luce del giorno. Le renne hanno un secondo strato di pelliccia e ampi zoccoli a forma di mezzaluna che le mantengono stabili e consentono loro di scavare nella neve. E come i nostri nuovi Atti della Royal Society B:Biological Sciences lo studio mostra, i loro occhi subiscono un cambiamento fisico mentre le stagioni cambiano, il che consente loro di vedere chiaramente nel lungo crepuscolo invernale.

Il pieno inverno nell'Artico è buio o crepuscolo, quando il sole è sotto l'orizzonte, tutto il giorno. Le renne hanno bisogno di trovare e scoprire il loro cibo invernale, il lichene, spazzolando il terreno innevato con zoccoli, corna e muso. I licheni sono abbondanti nell'Artico, una fonte di cibo ideale che le renne possono trovare ovunque vadano.

Twilight è speciale

Le renne si nutrono al crepuscolo quando i lupi cacciano. Tuttavia, il crepuscolo ha una proprietà unica che lo distingue dal giorno e dalla notte:è estremamente blu, contiene pochissimo verde, giallo e arancione.

Questo perché, illuminato da un sole sotto l'orizzonte, lo strato di ozono terrestre funge da filtro che attraversa il cielo, che al crepuscolo assorbe quasi tutta la luce tranne la luce blu. La luce solare percorre una distanza maggiore attraverso l'atmosfera, passando orizzontalmente attraverso lo strato di ozono. Questo blu ozono è diverso dal limpido blu cielo diurno, che è causato dalla dispersione della luce solare da parte delle molecole d'aria.

Anche se gli artisti chiamano questo momento dopo il tramonto "L'ora blu", tendiamo a non notarlo perché i nostri occhi si adattano al colore che cambia lentamente. Con l'avvicinarsi dell'oscurità, la nostra visione passa dall'affidarsi ai recettori del cono che ci danno la visione dei colori all'uso dei bastoncelli più sensibili, che sono daltonici. In inverno, il crepuscolo può durare più di un terzo della giornata negli habitat polari.

I lupi e le renne migliorano entrambi la loro sensibilità al crepuscolo artico con uno "specchio" dietro la retina. Quando la luce entra nell'occhio e passa attraverso la retina, non tutta viene rilevata e assorbita da neuroni specializzati chiamati fotorecettori. Lo specchio invece lo riflette una seconda volta attraverso la retina, quando verrà rilevata più luce. Le renne vedono un'immagine più luminosa ma leggermente più sfocata perché lo specchio disperde un po' di luce lateralmente, un po' come un vetro appannato.

Questo è un vantaggio in condizioni di scarsa illuminazione perché l'animale si basa più sul contrasto visivo e sul movimento che sulla nitidezza visiva. Lo specchio, chiamato tapetum lucidum (tappeto splendente), si è evoluto indipendentemente in molti animali. Eccezioni importanti includono esseri umani e rapaci, che necessitano di immagini nitide.

Occhi che cambiano con le stagioni

Il nostro studio ha confrontato gli occhi di renne morte durante l'estate con esemplari di renne morte in inverno.

Ha mostrato che gli occhi delle renne subiscono un cambiamento stagionale unico nel suo tapetum e cambiano colore, riflettendo la luce oro-turchese in estate e rispecchiando il blu intenso in inverno. Sia la pelliccia di lichene che quella di lupo riflettono meno blu rispetto ad altri colori, quindi appaiono scuri contro il paesaggio innevato.

Il tapetum di una renna utilizza la stessa struttura che rende le piume iridescenti del pavone, le brillanti ali blu della farfalla Morpho e i bagliori di colore della gemma opale. Questo è chiamato colorazione strutturale.

Nel tapetum delle renne, queste strutture sono fibre di collagene molto fini, troppo piccole per essere viste al microscopio ottico, simili ma più fini della struttura dei muscoli. Immagina queste fibre come un gran numero di matite impilate ordinatamente in una scatola trasparente con uno schema esagonale.

Lascia entrare abbastanza acqua per riempire gli spazi vuoti, riduci la scala di un fattore di circa 40.000 e la scatola rifletterà la luce blu. Questo rappresenta il tapetum invernale. Per trasformarsi nel tapetum estivo, aumentare di dieci volte la quantità d'acqua e raddoppiare la profondità della scatola. A questa piccola scala, le fibre manterranno approssimativamente il loro modello esagonale, ma ci saranno più spazi vuoti tra di loro.

Pensiamo che questa trasformazione sia innescata da un cambiamento di pressione nell'occhio della renna che si verifica in estate e in inverno.

Un altro modo di pensarlo è come occhi di renna con pneumatici estivi e invernali. In condizioni molto fredde, fai uscire un po' d'aria dalle gomme per aumentare la trazione sul ghiaccio. La renna fa uscire il fluido dal suo tapetum per rivelare una migliore visuale dell'ambiente circostante.

Questa scoperta può aiutare gli ingegneri a realizzare prodotti che cambiano il colore riflesso. Le opportunità sono infinite. Se utilizzi una superficie rivestita con una nanostruttura riflettente, simile a quella del tapetum della renna, piuttosto che una vernice a base di pigmenti, puoi cambiare colore modificando la separazione delle "matite" ridimensionate che riflettono la luce. Ad esempio, puoi cambiare il colore della tua auto regolando la separazione. A differenza di molti pigmenti, queste pitture strutturali non sbiadiscono nel tempo.

Quindi, mentre le renne hanno a lungo ispirato la tradizione natalizia raccontata in tutto il mondo, ora possono ispirare tecnologia e scienza.