Les rennes sont appréciés dans le monde entier pour leurs yeux sombres et expressifs, leurs bois majestueux et leur association magique avec le Père Noël. Le moment où vous apprenez la froide et dure vérité de la façon dont les cadeaux de Noël arrivent sous le sapin est un moment déchirant qui gâche de nombreuses enfances. Mais les rennes sont plus spéciaux que ce que votre frère aîné ou vos camarades de classe cyniques auraient pu vous faire croire.

Le renne arctique, comme son principal prédateur le loup, est incroyablement bien adapté à sa maison enneigée, où les conditions hivernales peuvent voir des températures chuter jusqu'à -50°C et de faibles niveaux 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 notre nouveau Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences une étude montre que leurs yeux subissent des changements physiques au fil des saisons, ce qui leur permet de voir clairement dans le long crépuscule hivernal.

Le milieu de l'hiver dans l'Arctique est soit sombre, soit crépusculaire, lorsque le soleil est sous l'horizon, toute la journée. Les rennes doivent trouver et découvrir leur nourriture d'hiver, le lichen, en brossant le sol enneigé avec leurs sabots, leurs bois et leurs museaux. Les lichens sont abondants dans l'Arctique, une source de nourriture idéale que les rennes peuvent trouver partout où ils vont.

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, contenant très peu de vert, de jaune et d'orange.

En effet, éclairée par un soleil sous l'horizon, la couche d'ozone de la Terre 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 est différent du bleu ciel clair de jour, qui est 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", nous avons tendance à ne pas le remarquer car nos yeux s'adaptent à la couleur qui change lentement. À l'approche de l'obscurité, notre vision passe de la dépendance aux cônes récepteurs qui nous donnent la vision des couleurs à l'utilisation des 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 grâce à un "miroir" derrière la rétine. Lorsque la lumière pénètre dans l'œil et traverse la rétine, elle n'est pas entièrement détectée 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 sera détectée. Les rennes voient une image plus lumineuse mais légèrement plus floue car le miroir diffuse un peu de lumière latéralement, un peu comme un verre embué.

C'est un avantage dans la pénombre car l'animal s'appuie davantage sur le contraste visuel et le mouvement que sur la netteté visuelle. Le miroir, appelé tapetum lucidum (tapis brillant), a évolué indépendamment chez de nombreux animaux. Les exceptions importantes incluent les humains et les rapaces, qui ont besoin d'images nettes.

Des yeux qui changent avec les saisons

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

Il a montré que les yeux des rennes subissent un changement saisonnier unique dans leur tapetum et changent de couleur, reflétant la lumière or-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 structure qui fait les plumes irisées du paon, les ailes bleues brillantes du papillon Morpho et les éclairs de couleur de la gemme d'opale. C'est ce qu'on appelle la coloration structurelle.

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. Imaginez ces fibres comme un grand nombre de crayons soigneusement empilés dans une boîte transparente dans un motif hexagonal.

Laissez entrer suffisamment d'eau pour combler les lacunes, réduisez l'échelle d'un facteur d'environ 40 000 et la boîte reflétera la lumière bleue. Cela représente le tapetum d'hiver. Pour transformer en tapetum d'été, décuplez la quantité d'eau et doublez la profondeur du bac. À cette petite échelle, les fibres conserveront à peu près leur motif hexagonal, mais il y aura 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.

Une autre façon de penser est comme des yeux de renne ayant des pneus d'été et d'hiver. Par temps très froid, vous laissez un peu d'air sortir des pneus pour augmenter la traction sur la glace. Le renne laisse échapper du liquide de son tapetum pour révéler une meilleure vue de son environnement.

Cette découverte peut aider les ingénieurs à fabriquer des produits qui changent de couleur réfléchie. Les opportunités sont infinies. Si vous utilisez une surface recouverte d'une nano-structure réfléchissante, similaire à celle du tapetum du renne, plutôt qu'une peinture à base de pigments, vous pouvez changer de couleur en modifiant la séparation des "crayons" 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 peintures structurelles ne s'estompent pas avec le temps.

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