Hvernig hreindýrsaugu breyta um lit á veturna til að hjálpa þeim að sjá í myrkrinu

UM SURPRISE gjafir eru tveir pottar af hreindýraaugagúllum varla efst á óskalista flestra – jafnvel þótt þú sért sjónfræðingur eins og Glen Jeffery .

Það var árið 2008 þegar makaberu pakkarnir komu. Þeir höfðu verið sendir af tveimur samstarfsmönnum Jeffery í Noregi, sem vildu að hann rannsakaði hvernig hreindýr ná að sjá á veturna, þegar sólin nær ekki að rísa upp fyrir sjóndeildarhringinn mánuðum saman. „Helmingum augasteinanna var safnað á miðju sumri og helmingnum var safnað um miðjan vetur,“ segir Jeffery, sem hefur aðsetur við University College í London. Til að byrja með var hann ekki bjartsýnn. Hratt krufning, grunaði hann, myndi ekki leiða neitt sérstakt áhugavert í ljós.

En honum til undrunar, þegar hann tók augastein úr hverjum potti og skar þá upp, sást strax sláandi munur. Á meðan innra bakflöt sumaraugakúlunnar var gyllt með grænbláum geislabaug, þá var vetrarbláinn ótrúlega djúpblár. Það benti til þess að augu hreindýra – þekkt sem karíbú í Norður-Ameríku – gætu breyst með árstíðum.

Forvitni Jefferys var vakin. Og þannig hófst verkefni hans til að skilja dularfulla litbreytandi uppbyggingu í augum hreindýra og áhrifin sem það hefur á getu þeirra til að sjá í mjög mismunandi árstíðabundnum birtuskilyrðum norðurslóða.

Eins og allir góðir vísindamenn vill Jeffery greiða skuld sína við forfeður sína. Hann viðurkennir að hann standi á öxlum breska ljósmyndarans og augnlæknisins George Lindsay Johnson. Johnson starfaði seint á 19. öld og snemma á 20. öld og eyddi dögum í myrkvuðu herbergi í dýragarðinum í London við að rannsaka augu íbúa þess, þar á meðal nagdýra, leðurblökura og blettatígra. Niðurstaðan var röð af 50 óvenjulegum myndskreytingum , þar á meðal myndir af líffræðilegum spegli sem fannst aftan á augasteininum sem kallast tapetum lucidum.

Tapeta eru algeng í náttúrunni, finnast í augum margra spendýra, skriðdýra, fiska og hryggleysingja, eins og köngulær, en ekki í fuglum eða ákveðnum prímötum, þar á meðal mönnum. Þær eru ástæðan fyrir því að augu katta ljóma þegar þeir lýsa upp af aðalljósum bíla.

Staðsetning þessa glansandi yfirborðs minnti Johnson á ljósmyndatækni sem fól í sér að setja spegil fyrir aftan filmuna og endurkasta ljósinu sem ekki náðist í fyrstu umferð í gegnum efnið svo það fengi annað tækifæri til að koma af stað nauðsynlegum efnahvörfum. Eitthvað svipað, sagði hann, væri að eiga sér stað hjá dýrunum sem hann rannsakaði, sem mörg hver voru virk á nóttunni og í lítilli birtu dögunar og kvölds. Tapeta gerði þeim kleift að nýta það litla ljós sem til er með því að endurkasta því aftur í gegnum hálfgagnsæra sjónhimnuna.

Það kemur þó á óvart að fáir líffræðingar hafi í kjölfarið áhuga á uppbyggingu eða virkni þessa undarlega endurkastandi yfirborðs. „Þetta var grundvallareining í sjónkerfi sem við höfðum tilhneigingu til að hunsa,“ segir Jeffery. Þeir sem hafa nennt að skoða myndböndin samþykkja almennt hugmynd Johnsons um að endurvarp þess hafi bætt næmni sjónarinnar. En þangað til Jeffery opnaði þessa potta af augasteinum hafði enginn kannað hvort hægt væri að stilla tapetuminn að breyttum árstíðum. Getur verið að útfærsla þessarar mannvirkis hafi veitt sjón hreindýra frekari uppörvun umfram venjulegt band?

Eftir þessa fyrstu uppgötvun skipulagði Jeffery margar heimsóknir til Noregs, þar sem hann gat rannsakað lifandi dýr. Breytingin á litnum kom í ljós, segir hann, um leið og maður horfði í nemendur þeirra. Til að ákvarða sjónsvið sitt setti teymi Jeffery gull rafskaut undir augnlok dýra sem höfðu verið svæfð, til að greina rafboðin sem myndast af mismunandi bylgjulengdum ljóss. Mælingarnar, sem birtar voru árið 2011, sýndu ótrúlega mikið næmni á UV-sviðinu . Tilraunir hafa síðan leitt í ljós að glærur og linsur í augum hreindýra eru gegnsæjar fyrir tiltölulega háu hlutfalli útfjólublás ljóss, en t.d. manna gleypa megnið af því.

Með þessum líffærafræðilegu uppgötvunum, og þekktum árstíðabundnum breytingum á náttúrulegu ljósi, byrjaði djúpblái tjaldbands hreindýranna á veturna að vera skynsamleg. Á pólvetur er sólin varanlega úr augsýn. En í nokkrar klukkustundir á dag rís það nógu nálægt sjóndeildarhringnum til að styttri bylgjulengdir ljóss dreifist af lofthjúpnum á yfirborð jarðar og myndar eins konar rökkur. „Þetta er algjörlega blámettað umhverfi,“ segir Jeffery – og það inniheldur einnig tiltölulega mikið magn af UV-ljósi.

Bláljós aðstoð

Þróuðu breytingarnar á linsu og hornhimnu hreindýraauga gera sjónhimnu kleift að taka á móti þessu ljósi – en jafnvel þá myndi lítil lýsing gera sjónina erfiða. Djúpblái liturinn á tapetum eykur hins vegar endurvarp þess á þessum styttri bylgjulengdum , þannig að meira ljós dreifist aftur í gegnum sjónhimnuna.

Þar sem bláa tapetum dreifir ljósinu í margar áttir er útkoman nokkuð óskýr mynd. En aukið næmi myndi engu að síður hjálpa til við að greina fæðugjafa eins og fléttur , sem gleypa UV ljós. Hreindýrunum virðist þetta vera dekkri blettur á móti bjartari snjónum í kring. Þar sem dýrahár gleypa útfjólubláu ljósi ætti meira næmi á þessari bylgjulengd einnig að hjálpa hreindýrum að koma auga á rándýr, eins og úlfa eða ísbjörn.

Í nýjustu rannsókn sinni, sem birt var fyrr á þessu ári, vann Jeffery með stjörnufræðingnum Robert Fosbury , emeritus prófessor við European Southern Observatory í Garching í Þýskalandi, við að útskýra hvernig litabreytingin verður út frá uppbyggingu yfirborðs tapetumsins. Myndir úr rafeindasmásjáum höfðu áður leitt í ljós að tapetum er gert úr samhliða trefjum próteinsins kollagen, sem er raðað í lög með vatni sem fyllir eyðurnar á milli. Parið spáði því að ef vökvinn væri fjarlægður myndi það draga trefjarnar nær saman og breyta bylgjulengdunum sem yfirborðið endurkastaði. Þegar þeir settu tapeta á síupappír og skráðu breytta endurkastið þegar vatnið gufaði upp, innan nokkurra klukkustunda, hafði gullliturinn breyst í djúpbláan lit.

En hvernig gat þessi umskipti fylgt dagatalinu svona fyrirsjáanlega? Jeffery bendir á að í vetrarmyrkrinu sé sjáaldinn varanlega víkkaður, sem leiðir til þrýstingsuppbyggingar innan augnsteinsins. Þetta myndi kreista vökvann út með því að þrýsta á tapetum.

Aðrir líffræðingar hafa lent í því að blikka af undrun við uppgötvun Jefferys. „Þetta er mjög áhugavert,“ segir Nathaniel Dominy við Dartmouth College í New Hampshire. „Okkur datt aldrei í hug að hægt væri að stilla tapetum. Hann vildi gjarnan kanna hvort litabreytilegt tapetum finnist í öðrum dýrum – eins og moskusuxum – sem lifa í sams konar umhverfi og hreindýr. Slíkar rannsóknir gætu hjálpað okkur að skilja betur uppruna þessa eiginleika.

Jeffery hugsar svipað og hefur áhyggjur af því hvernig útfjólubláa ljós í umhverfi manna gæti truflað sjón hreindýra og komið í veg fyrir að þau geti beit í venjulegum búsvæðum sínum (sjá „Sjónræn sjón“ til vinstri).

Þessir pottar af augasteinum gætu hafa byrjað sem frekar óvelkomin gjöf – en þeir hafa kveikt ástríðu Jeffery fyrir hreindýrum og djúpbláu tapeta þeirra. Við skulum vona að í ár fái hann eitthvað minna óhugnanlegt undir jólatréð sitt.