Почему глаза северных оленей зимой меняют цвет с золотого на тёмно-синий: физика тапетума

Сфотографируйте северного оленя летом и посмотрите ему в глаза при вспышке — они полыхнут золотисто-бирюзовым, будто внутри спрятан отшлифованный опал. Сделайте то же самое зимой — и увидите глубокий, почти чернильный синий. Это не игра света и не случайность съёмки. Глаз животного в буквальном смысле физически перестроился за несколько месяцев.

Разгадать эту загадку удалось только в 2013 году — причём разгадывала её на редкость разношёрстная команда: нейробиолог, физиолог, изучающий Арктику, и неожиданно астрофизик, который помог понять, под какой именно оттенок неба подстраивается глаз животного.

Слой-зеркало позади сетчатки

Ответственный за этот фокус узел называется tapetum lucidum — зеркальный слой позади сетчатки, знакомый каждому, кто видел, как светятся в темноте глаза кошки или енота. Устроен он просто и остроумно: свет, прошедший сквозь сетчатку и не пойманный светочувствительными клетками с первого раза, отражается этим слоем обратно и даёт клеткам второй шанс его уловить. У подавляющего большинства млекопитающих тапетум золотистый и остаётся таким всю жизнь — это древняя эволюционная черта, доставшаяся от предков с ночным образом жизни.

У северного оленя всё иначе. Летом его тапетум действительно золотисто-бирюзовый, как у всех. А вот зимой этот же самый слой ткани приобретает глубокий синий цвет — и это единственный известный науке случай, когда млекопитающее сезонно перестраивает оптику собственного глаза настолько радикально.

Зрачок, который забыл, как сужаться

Причина кроется не в темноте самой по себе, а в том, что происходит со зрачком оленя за долгие месяцы полярной ночи. Зрачок остаётся расширенным практически без перерыва — и когда он полностью раскрыт, радужная оболочка складывается таким образом, что физически перекрывает трабекулярную сеть — систему крошечных дренажных каналов, через которые из глаза обычно отводится жидкость.

Учёные напрямую измерили последствия: у зимних животных внутриглазное давление оказалось заметно выше, чем у летних — 18,1 мм ртутного столба против 13,3. Для сравнения, площадь суженного зрачка составляет около 25 квадратных миллиметров, а полностью расширенного — порядка 336, разница более чем в тринадцать раз. Такой длительный застой жидкости постепенно повышает давление внутри глазного яблока — состояние, которое исследователь Глен Джеффри в шутку сравнил с движением в сторону глаукомы, только совершенно штатным для оленьего организма и без всякого вреда для здоровья.

Дальше в дело вступает микроструктура самого тапетума. Он состоит из параллельных волокон коллагена, погружённых в жидкость и образующих подобие двумерной фотонной решётки. Когда давление внутри глаза растёт, часть этой межволоконной жидкости выдавливается наружу, и волокна сближаются, укладываясь плотнее и упорядоченнее. А расстояние между волокнами коллагена как раз и определяет, какую длину волны света отражает вся конструкция — золотую или синюю.

Учёные проверили эту связь напрямую: взяли образец летнего золотого тапетума и приложили к нему небольшой груз, имитирующий повышенное зимнее давление. Образец на глазах поменял цвет на синий — точно такой же, как у настоящих зимних оленьих глаз. Более позднее исследование пошло ещё дальше и показало: итоговый синий цвет почти идеально совпадает по спектру с цветом продолжительных арктических сумерек, которые составляют большую часть суточного цикла зимой в этих широтах. Это точная спектральная подстройка, а не простое затемнение летнего оттенка. Получается, что глаз оленя не тускнеет от нехватки света, а настраивается на конкретный оттенок неба, которое видит животное большую часть зимы.

За эту перестройку приходится немного платить. Синий зимний тапетум отражает примерно вдвое меньше света напрямую обратно через сетчатку по сравнению с золотым летним, зато рассеивает больше света среди светочувствительных клеток, давая заблудившимся фотонам дополнительный шанс быть пойманными. Олень получает более чувствительное к свету зрение, необходимое для того, чтобы вовремя заметить хищника или найти пищу в темноте — но расплачивается за это чуть менее чёткой картинкой. Честный обмен, на который эволюция пошла ради нескольких месяцев без солнца.