Comment les yeux des rennes s'adaptent-ils à la nuit polaire en hiver ?

Bien des enfances ont été gâchées par ce terrible jour où la dure et froide vérité sur la façon dont les cadeaux arrivent sous le sapinsapin de Noël s'est trouvée révélée... Mais quoiqu'en disent les grands frères et grandes sœurs, ou les camarades de classe les plus cyniques, même après une si triste révélation, les rennes gardent une place spéciale dans notre imaginaire.

Nul doute que leurs grands yeuxyeux sombres -- au même titre que leurs bois majestueux et le souvenir de leur complicité magique avec le père Noël -- ne sont pas pour rien dans l'amour qui leur est voué partout sur la Planète.

Mais au-delà du regard empreint de douceur qu'ils leur confèrent, les yeux des rennes sont surtout le témoignage de leur grande adaptation à leur habitat enneigé, tout comme la seconde couche de fourrure qu'ils possèdent, ou leurs larges sabots en forme de croissant, qui garantissent leur stabilité et leur permettent de creuser efficacement la neige.

Nos travaux ont en effet révélé que les yeux de ces cervidés se transforment au fil des saisons, ce qui permet à leur vision de s'adapter à la faible lumière bleue du long crépuscule hivernal.

Du lichen nordique. © Shutterstock

Le crépuscule, un moment si particulier

Dans les régions arctiques, les températures peuvent descendre en hiver jusqu'à -50 °C. À cette période, lorsque les paysages ne sont pas plongés dans l'obscurité nocturne, ils sont baignés d'une lumièrelumière crépusculaire, car le soleilsoleil se situe toute la journée sous l'horizon.

C'est justement au crépusculecrépuscule que les rennes (Rangifer tarandusRangifer tarandus, aussi appelés caribous) partent en quête de leur repas de lichens. Abondants en Arctique, ces derniers constituent une source de nourriture idéale, car ils sont disponibles partout où les hardes se déplacent. Les rennes les découvrent en brossant le sol recouvert de neige avec leurs sabots, leurs bois et leurs museaux (le terme « caribou » pourrait d'ailleurs avoir été emprunté au peuple autochtone des Micmacs, qui appelaient le renne « xalibu », ce qui signifierait « bête qui pellette », ndlr).

À l'heure où le renne creuse pour trouver sa pitance, le loup, son prédateur, part lui aussi en chasse. Tous deux sont incroyablement bien adaptés aux conditions hivernales de l'Arctique, et notamment à la lumière si particulière qui nimbe ces régions à cette époque de l'année : extrêmement bleue, elle ne contient que très peur de vert, de jaune et d'orange.

Cette couleurcouleur bleutée est due au fait que le soleil darde ses rayons sous l'horizon. Au crépuscule, lorsque l'astreastre du jour est bas, ses rayons parcourent une grande distance à travers l'atmosphèreatmosphère, et traversent horizontalement la couche d'ozonecouche d'ozone. Or celle-ci agit comme un filtre : elle absorbe presque toutes les longueurs d'ondelongueurs d'onde du spectre lumineux, à l'exception de la lumière bleuelumière bleue. Soulignons que la couleur bleue qui résulte de ce filtre ozonique est différente de celle que l'on observe dans le ciel par une belle journée ensoleillée, laquelle résulte des interactions entre la lumière du soleil et les moléculesmolécules présentes dans l'atmosphère (on appelle ce phénomène diffusion de Rayleigh).

Bien que les artistes qualifient cette période si particulière de la journée d'« heure bleue », nous ne la remarquons généralement pas, car nos yeux s'adaptent à ce changement de couleur progressif. En effet, à mesure que l'obscurité avance, notre vision, qui reposait durant la journée sur des neuronesneurones spécialisés, les photorécepteurs de la rétinerétine en cônescônes (impliqués dans la vision des couleurs), devient dépendante d'autres photorécepteurs plus sensibles, les photorécepteurs en bâtonnetsbâtonnets (qui sont eux incapables de distinguer les couleurs).

En hiver, dans les régions polaires, le crépuscule peut durer plus du tiers de la journée. Confrontés à ces conditions particulières de luminositéluminosité, les yeux des loups et des rennes voient leur sensibilité améliorée par l'adjonction d'une sorte de « miroirmiroir », appelé tapetum lucidum (tapis brillant), situé derrière la rétine.

Une partie de la lumière qui pénètre dans leurs yeux et passe à travers la rétine est détectée et absorbée par des photorécepteurs. Une partie seulement : le tapetum lucidumtapetum lucidum réfléchit le reste, qui repasse à travers la rétine une seconde fois, ce qui permet de détecter davantage de lumière. Les images perçues par les rennes sont donc plus brillantes, mais légèrement plus floues, car le miroir diffuse une partie de la lumière latéralement, un peu comme le ferait une vitrevitre embuée.

Ceci représente néanmoins un avantage lorsque la lumière est faible, car pour les rennes la perception des contrastescontrastes et des mouvementsmouvements est plus importante que l'acuité visuelleacuité visuelle. Le tapetum lucidum a évolué indépendamment chez de nombreux animaux. Mais pas chez tous : humains et rapacesrapaces en sont par exemple dépourvus, car ils ont un besoin vital d'images nettes.

Les yeux des rennes se modifient selon les saisons. © Paul, Adobe Stock

Des yeux qui se modifient en fonction des saisons

Au cours de nos travaux, nous avons comparé les yeux de rennes décédés durant l'été avec les yeux de leurs congénères qui ont trouvé la mort en hiver.

Nos résultats ont révélé que le tapetum des rennes subit un changement saisonnier spécifique, qui a pour effet de modifier les couleurs réfléchies : il reflète une lumière or-turquoise en été, et un bleu profond en hiver. Les lichens, tout comme la fourrure du loup, reflètent moins le bleu que les autres couleurs et apparaissent donc plus sombres sur le paysage enneigé.

Le tapetum des rennes possède une structure similaire à celle qui confère leur iridescenceiridescence aux plumes du paon, aux ailes bleues brillantes du papillon Morpho ou aux éclats de couleur de l’opale. C'est ce qu'on appelle la « coloration structurelle ». Les structures présentes dans le tapetum des rennes sont constituées de très étroites fibres de collagènecollagène, trop petites pour être visibles au microscope optiquemicroscope optique. Elles ressemblent aux fibres que l'on trouve dans les muscles, mais sont plus fines.

Ces fibres sont alignées à la façon d'innombrables crayons qui seraient rangés dans une boîte transparente, selon un motif hexagonal. Ajoutez suffisamment d'eau pour remplir les interstices, changez d'échelle -- en la réduisant d'un facteur d'environ 40 000 -- et la boîte reflétera une lumière bleue. Ceci correspond au tapetum d'hiver. Pour passer au tapetum d'été, décuplez la quantité d'eau et doublez la profondeur de la boîte. À cette échelle minuscule, les fibres conserveront à peu près leur motif hexagonal, mais il y aura plus d'espaces entre elles.

Les loups sont les principaux prédateurs des rennes. © Shutterstock

Un changement de pression dans l'œil du renne

Notre hypothèse est que la transformation qui permet de passer d'un tapetum à l'autre est déclenchée par un changement de pression à l’intérieur de l’œil du renne, changement qui se produit en été et en hiver. En hiver, par temps très froid, les conducteurs diminuent la pressionpression de leurs pneuspneus pour augmenter la traction sur la glace. Les rennes laissent quant à eux sortir du liquideliquide de leurs tapetums pour mieux voir ce qui les entoure...

Cette découverte pourrait aider les ingénieurs à concevoir des produits capables de modifier la couleur reflétée. Les possibilités sont infinies. On peut imaginer changer la couleur d'une surface recouverte d'une nanostructure réfléchissante semblable à celle du tapetum du renne (plutôt que d'une peinture à base de pigments) en modifiant l'espace entre les « crayons » qui la constituent. Vous pourriez ainsi modifier à votre guise la couleur de votre voiturevoiture... En outre, contrairement à de nombreuses peintures à base de pigments, ces peintures structurelles ne s'altéreraient pas avec le temps.

Après avoir pendant longtemps inspiré les contes et les traditions de Noël, les rennes pourraient désormais inspirer la science et la technologie...