Frontiers for Young Minds
Résumé
Les rennes de l’Arctique ont des yeux et une vision inhabituels. Contrairement à la plupart des mammifères, les rennes peuvent voir la lumière ultraviolette, qui nous est invisible. Ils ont également un tissu réfléchissant dans l’œil qui passe d’une couleur dorée pendant les mois d’été à une couleur bleu foncé pendant les mois d’hiver. Ensemble, ces traits particuliers aident les rennes à voir les aliments végétaux ou les prédateurs dans la neige, surtout en hiver, lorsque la lumière du jour dans l’Arctique est faible et violacée. Un problème avec la possibilité de voir très bien les violets et les bleus est que ces couleurs sont pratiquement invisibles dans le brouillard. La lumière rouge voyage mieux dans le brouillard, et il s’ensuit que les rennes, plus que les autres mammifères, bénéficieraient d’un nez qui produit une lumière rouge. Au moins un renne aurait un nez luminescent (brillant) qui fonctionne bien dans des conditions brumeuses. Le but de cet article est d’estimer la rougeur de ce nez et d’explorer ses avantages et ses inconvénients.
Introduction
Rudolph le renne au nez rouge est une histoire classique du comportement animal de Robert L. May. Il décrit les rennes se déportant (le terme technique pour jouer à des jeux) et excluant un membre du groupe nommé Rudolph en raison de son nez rouge inhabituellement grand. La lumière du nez de Rudolph, que May a décrite comme “éblouissante” en plein jour et “brillante” la nuit, s’est révélée plus tard utile la veille de Noël, lorsque l’épais brouillard arctique a perturbé les préparatifs de vol du Père Noël et de son équipe de huit rennes. Dans ces conditions brumeuses, le nez de Rudolph émettait suffisamment de lumière pour un vol en toute sécurité et la livraison de cadeaux dans le monde entier (Figure 1). Cette histoire du nez de Rudolph et de son éclat dans le brouillard est familière à la plupart des enfants, des adultes et des biologistes, mais elle est également considérée comme anormale, ce qui signifie extrêmement inhabituelle. En règle générale, les scientifiques évitent d’étudier les traits anormaux. Le fait que les nez luminescents (brillants) soient si rares explique pourquoi la couleur et les avantages / inconvénients des nez luminescents ne sont pratiquement pas étudiés.
- Figure 1 – Les notes originales de Robert L. May tirées de ses observations de rennes ont été écrites dans un style poétique appelé tétramètre anapestique.
- Son cahier comprenait des croquis de Denver L. Gillen et cette page illustrent la lueur rouge ou la luminescence du nez rouge de Rudolph dans des conditions atmosphériques sombres et mornes (reproduit avec la permission de la Rauner Special Collections Library, Dartmouth College).
De nouvelles découvertes sur la vision des couleurs du renne pourraient contenir des indices importants sur la valeur d’un nez luminescent. Par exemple, il a été découvert récemment que le renne arctique (nom scientifique Rangifer tarandus tarandus) peut voir la lumière ultraviolette (UV), qui est invisible pour les humains et la plupart des autres mammifères qui sont principalement actifs pendant la journée. Les avantages de la vision UV sont inconnus, mais la capacité de voir la lumière UV pourrait aider les rennes à voir des choses importantes, telles que les prédateurs et la nourriture. Par exemple, la fourrure blanche des loups et certains aliments végétaux importants, tels que les lichens, absorbent la lumière UV, ce qui rend les lichens sombres et plus faciles à voir dans la neige, car la neige réfléchit la lumière UV et semble brillante. Les avantages de voir la lumière UV pourraient être les plus importants au milieu de l’hiver, lorsque le soleil est bas dans le ciel arctique et que la diffusion de la lumière élevée dans l’atmosphère produit une lumière principalement UV et violacée.
Encore plus surprenante est la capacité des yeux de renne à changer de couleur au fil des saisons. Les yeux de renne ont un tissu réfléchissant semblable à un miroir appelé tapetum lucidum, qui signifie “tapisserie brillante” en latin.”Ce tissu provoque la brillance des yeux, un phénomène qui se voit le plus souvent lorsque les phares de nos voitures brillent dans les yeux des animaux sauvages ou des animaux domestiques. Un tapetum lucidum est important pour les animaux nocturnes (actifs la nuit), car il leur permet de voir dans l’obscurité. Ce qui est remarquable chez les rennes, c’est que leur tapetum lucidum passe d’une riche couleur dorée en été à une couleur bleu foncé en hiver. Les facteurs qui provoquent ce changement de couleur sont compris, mais les avantages, le cas échéant, sont mystérieux. Une idée est que cela pourrait augmenter la capacité des rennes à voir la lumière bleue dans des conditions de faible luminosité. Il est donc clair que les rennes de l’Arctique ont une vision très inhabituelle et intéressante. Mais, en même temps, cette capacité particulière à voir la lumière bleue fin décembre est un inconvénient certain dans des conditions brumeuses.
Transmission de la lumière dans le brouillard
Le brouillard est une accumulation de minuscules gouttelettes d’eau ou de cristaux de glace en suspension au-dessus de la surface de la Terre. Il se forme lorsque l’air humide est refroidi en dessous d’une température spécifique et qu’une partie de la vapeur d’eau se condense (se transforme en minuscules gouttelettes de liquide). Par définition, le temps est considéré comme brumeux lorsque nous ne pouvons pas voir plus de 1000 m devant nous. Dans son livre, Robert L. May a décrit un brouillard “aussi épais que des étincelles blanches” et une visibilité quasi nulle (il était “sombre et triste”), ce qui suggère que le brouillard aurait pu être l’un des deux types possibles: le brouillard de rayonnement ou le brouillard de glace. Le brouillard de rayonnement se produit lorsque le sol refroidit l’air au-dessus par contact. Le brouillard de glace se produit lorsque l’air chaud interagit avec de l’air extrêmement froid et que la vapeur d’eau se transforme directement en solide, formant de minuscules cristaux de glace en suspension dans l’air.
La capacité de la lumière à briller à travers le brouillard varie en fonction de la couleur de la lumière. La lumière plus rouge se déplace le plus loin, mais la distance que la lumière peut parcourir diminue si la taille des cristaux de glace ou des gouttelettes d’eau dans le brouillard est importante. Si les gouttelettes sont au-dessus d’une certaine taille, un processus appelé diffusion Mie éteindra toute la lumière de n’importe quelle couleur. La diffusion de Mie se produit dans la plupart des types de brouillard, ce qui rend la plupart des brouillards très difficiles à voir, mais un nez rouge brillant devrait éclipser tout autre type de nez, la lumière rouge se déplaçant plus loin dans le brouillard de glace car les cristaux de glace dans le brouillard de glace sont plus petits que les gouttelettes d’eau dans le brouillard de rayonnement. Pour comprendre à quel point le nez de Rudolph pourrait être utile dans le brouillard, il est nécessaire de connaître la couleur exacte de la lumière qui brille de son nez.
La couleur du nez de Rudolph
Un indice de la couleur du nez de Rudolph provient de la version de Barbara Hazen de l’histoire originale de May. Dans cette version, Rudolph se cache derrière un buisson de houx pour que ” son nez rouge vif se mêle aux baies rouge vif.”La figure 2 illustre cet événement et la quantité de lumière de chaque longueur d’onde, qui est un moyen de mesurer la couleur, qui rebondit, ou réfléchit, des baies de houx. Ce type de graphe est appelé spectre de réflectance. Si nous supposons que les baies représentées sur la figure 2 sont similaires à celles des fruits de houx dans l’Arctique, nous pouvons estimer que le nez de Rudolph produit de la lumière avec un pic spectral d’environ 700 nm, car il s’agit de la longueur d’onde de la lumière la plus fortement réfléchie par les baies de houx. Une réflectance maximale de 700 nm signifie que les baies, et donc le nez de Rudolph, doivent être extrêmement rouges – peut-être la rougeur maximale que les yeux des mammifères peuvent voir.
- Figure 2 – Une version ultérieure de Rudolph le renne au nez rouge a discuté de la couleur similaire des baies de houx mûres et du nez de Rudolph.
- L’illustration de Richard M. Scarry est montrée, avec une image de fruits de houx mûrs (nom commun: Anglais / Christmas holly; nom scientifique: Ilex aquifolium). Le graphique montre les spectres de réflectance des baies, qui décrivent essentiellement la rougeur et la luminosité de leur couleur. La région ombrée de rouge représente la variation et la ligne noire représente la moyenne dans un échantillon de 10 baies.
Cette estimation n’est qu’une supposition éclairée, mais elle suggère qu’un feu de brouillard rouge est meilleur que tout autre type. Le nez de Rudolph peut être particulièrement important en hiver, lorsque les yeux des rennes voient mieux le bleu. Parce que le brouillard bloque la lumière bleue, il est logique que les rennes aient le plus grand besoin d’un antibrouillard pendant les mois d’hiver comme décembre. Cela aide à expliquer pourquoi le nez de Rudolph était si utile pour voler dans un brouillard épais. Cependant, un nez rouge luminescent peut également avoir des inconvénients. Les nez des rennes ont un système complexe de nombreux vaisseaux sanguins minuscules et sont donc assez chauds, un trait qui empêche non seulement le nez des rennes de geler, mais provoque également la perte de chaleur du corps d’un renne dans l’air environnant. Si son nez rougeoyant perd trop de chaleur, Rudolph pourrait risquer une hypothermie (une température corporelle dangereusement basse) par temps extrêmement froid. Il est donc extrêmement important pour les enfants de fournir des aliments riches en calories pour aider Rudolph à maintenir sa température corporelle la veille de Noël.
Dans l’ensemble, les avantages d’un nez luminescent rouge semblent plus importants que les inconvénients, ce qui soulève des questions sur la fréquence à laquelle les nez luminescents rouges se produisent chez les rennes. Actuellement, nous ne connaissons qu’un seul nez luminescent dans la population de rennes, mais ses avantages suggèrent qu’il pourrait être transmis aux générations futures de rennes. D’autre part, la fréquence du temps brumeux diminue dans le monde entier en raison des changements climatiques, ce qui pourrait rendre les avantages d’un nez rouge éclatant moins importants à l’avenir. Une autre hypothèse suggère que le nez rouge de Rudolph est infecté par des parasites nasaux et simplement rouge et enflé. Des idées aussi différentes sur la raison pour laquelle le nez de Rudolph est rouge nous disent qu’une enquête plus approfondie est nécessaire, et on espère que les lecteurs de cet article aideront à de futures recherches sur les propriétés de la lumière et du brouillard arctiques. De telles études pourraient apporter un nouvel éclairage sur la biologie et la vision étonnantes du renne.
Glossaire
LUMINESCENT: Émettant de la lumière; brillant.
ULTRAVIOLET: Un type de lumière invisible pour les humains mais visible pour certains animaux. Par exemple, de nombreux oiseaux et insectes peuvent voir la lumière ultraviolette.
TAPETUM LUCIDUM: Un tissu réfléchissant semblable à un miroir dans les yeux de certains animaux qui fait briller leurs yeux lorsque la lumière vive les frappe.
DIFFUSION DE MIE: Un processus nommé d’après Gustav Mie, un professeur allemand de physique. Cela se produit lorsque des particules rondes ou sphériques de certaines tailles provoquent la diffusion de la lumière.
Remerciements
Je suis reconnaissant de l’aide archivistique de J. D. Shaw, M. R. Swan, A. L. Witzel et du personnel de la Rauner Special Collections Library, Dartmouth College. Je suis redevable à la famille May d’avoir facilité et permis la reproduction des images de Rudolph. Les points de vue et les recherches présentés ici ont été inspirés par ma fille Eleanor, qui aime se demander pourquoi.
Financement
Le financement a été reçu de la Fondation David et Lucile Packard (Fellowship in Science and Engineering no. 2007-31754).
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