这两天,世界上最忙碌的人大概是圣诞老人了——如果你相信他存在的话,这两天他正高强度出差,飞遍全球,分发圣诞礼物。一提到圣诞老人,就不得不提他的坐骑——驯鹿。西方圣诞故事中的驯鹿总有一些神奇能力,比如可以拉着雪橇在天空高速飞行,或是鼻子可以变成明亮的红色指引方向。
现实中可能没有真的圣诞老人,但却有真的驯鹿(Rangifer tarandus),它们或许不会飞,但也确实有着一些令我们意想不到的神奇能力。
驯鹿有着一双神奇的眼睛,能在不同的季节展现出不同的颜色。如果你打着手电筒在夜间的北极漫步,并很幸运地遇见了一只驯鹿,那么你首先看到的,应该是在你的手电筒照射下,驯鹿那双闪闪发光的大眼睛。假设你有机会在夏天走近它,去凝视它那发光的双眸,那么你看到的驯鹿眼睛会是金色的;而到了冬天,同样的一双眼睛就会变成深蓝色。而这双能变色的眼睛,能让驯鹿看见我们看不见的世界。
“驯鹿很酷,但可惜很多人只会在圣诞节想起它们。是时候让大家见识一下驯鹿那非凡的视觉系统了!”美国达特茅斯学院的演化生物学家和人类学家纳撒尼尔·多米尼(Nathaniel Dominy)说道,他最近和同事在期刊i-Perception上发表了一项关于驯鹿独特视觉的研究。我们能看见这个世界,是因为外界的光射入了我们的眼球,被视网膜上的感光细胞感知后转化为神经信号送到了大脑。
在白天,阳光照亮世间万物,万物反射出的光射入眼球,足以让我们看清这个世界。但对于习惯于在夜间活动的动物,它们可能需要一些额外的方法来让自己在缺乏光照的黑夜里看得更清楚。
为了让视网膜在夜间捕捉到的光更多,许多夜行动物的视网膜后面会存在一层反光膜(tapetume lucidum),它就像是一面镜子,将穿过视网膜但没有被其捕捉到的光又反射回视网膜,使感光细胞接收到的光子更多,从而增加这些动物的夜间视力。当人们用光源照射这些夜行动物的眼睛时,可以看到它们眼睛反射出的光,这便是反光膜的作用。
而驯鹿的特殊之处便在于,它们是唯一一种眼睛反光膜的颜色可以随着季节变化而变化的哺乳动物。在夏季,驯鹿的反光膜是金色的——和大部分具有反光膜的哺乳动物一样。但一旦到了冬天,驯鹿的反光膜就会发生一些结构上的变化,变成深蓝色。要说驯鹿眼睛随季节变化的原因,还得先从它们生存的极地环境讲起。
在地球上大部分地区的夜晚,太阳完全落下之后,光照便主要来自星光、周期性的月光以及气晖(airglow,地球高层大气中分子受激形成的微弱发光现象),这些光照的波长分布和组成与白天相似,只是强度更弱,而大部分夜行哺乳动物的金黄色反光膜,刚好能够对应反射这些波长的光,让自己在夜间也能看清东西。然而,在日暮时分,太阳稍稍位于地平线上一点。
从日落到太阳落至地平线下18°的过程中,照亮大地的光的波长分布,完全不同于白天或更晚时候的黑夜。这时,照亮这个世界的虽仍是日光,但此时的阳光需要穿过较厚的大气带才能到达地面,在多种作用下,大部分橙色或黄色的光被消除,最终到达地面的以蓝光为主,这便导致天空变成了钴蓝色。
这个时候的天空很特别,许多摄影爱好者会专门等待这个时刻,只为拍出别具一格的照片,而这段时间被摄影爱好者称为拍照的“蓝色时刻”(Blue Hour)。对于纬度稍低的地区来说,“蓝色时刻”稍纵即逝,摄影爱好者们可能等了许久,也只有寥寥几分钟能拍出好照片。但对于驯鹿和圣诞老人所生活的北纬70°以内的地区来说,在每年的9月到次年4月,每天都有8至11个小时能看到这样的钴蓝色天空。
而驯鹿眼睛里那蓝色的反光膜,能反射的波长恰好和这时光线的波长范围相符,方便它们看清日暮时分钴蓝色天空下的世界。但仅能看见蓝色光并不是什么值得称道的特殊技能,驯鹿的反光膜还能反射多达60%的紫外光——足以激发驯鹿负责色觉的视锥细胞。换句话说,驯鹿能看见紫外光。驯鹿在冬天的北极看到的世界,大概是偏紫色的,那些能反射紫外光的物体,在它们眼中会显得更亮;而能吸收紫外光的物体,则会显得比较暗。
科学家推测,驯鹿看见紫外光的能力,或许有利于它们躲避捕食者。例如,极地地区的一些狼,体色为类似雪的白色,在雪地中能够很好的隐藏自己。但狼的身体能够吸收紫外光,而雪地则主要会反射紫外光,那么如果驯鹿能看见紫外光的话,将能很容易辨认出雪地中的狼,因为雪是亮的,狼的身体是暗的。
然而,同样是这些狼的猎物,驼鹿(Alces alces)、麝牛(Ovibos moschatus)和西伯利亚狍(Capreolus capreolus)却并没有演化出驯鹿这种特殊的视觉能力。这说明,或许其它因素才是推动驯鹿演化出这种能力的主要原因。多米尼的研究认为,导致驯鹿这种能力演化的可能主要是驯鹿的食物。
驯鹿是唯一一种以地衣为主要食物的反刍动物,鹿蕊(Cladonia rangiferina,一种地衣)是它们最喜爱的食物之一。要说驯鹿有多爱吃鹿蕊,你可以看看鹿蕊的拉丁名,其中rangiferina便是驯鹿的意思——驯鹿爱鹿蕊已经爱到让自己成为了鹿蕊的名字。鹿蕊和其它很多驯鹿主要食用的地衣,颜色也主要是白色,生长于裸岩上。夏季,它们与周围岩石的颜色差别较大,容易被发现。
而到了冬天,大雪堆积,白色的外表让它们在雪地中很难被发现。而多米尼和同事发现,驯鹿食用的地衣也能够不同程度地吸收紫外光,这使得它们在能感知紫外光的驯鹿眼里显得很暗,这样,与反射紫外光的雪地相比,这些地衣就十分明显了。“驯鹿可不想在寒冷、贫瘠的环境中浪费精力去慢慢地搜寻食物。如果它们可以在很远的地方就发现雪地中的地衣,就能让它们在食物匮乏的时候节省很多宝贵的能量。”多米尼说道。
在冬季看见紫外线,这听起来很酷,但或许也是驯鹿演化史上的一次冒险。热爱冬季雪地运动的人可能都知道,眼睛接受过多雪地反射的紫外线可不是好事,它可能导致光性角膜炎(photokeratitis),症状从不适到暂时性失明不等,也就是我们经常说的“雪盲症”。因此,仅凭直觉来判断,极地哺乳动物的眼睛应该需要过滤而非接受紫外线,这样才能保护眼部功能。
有研究者发现,圈养的驯鹿的确可能因为眼睛接受了过多紫外线而容易患白内障。不过野生的驯鹿却不会患光性角膜炎。多米尼和同事在论文中提到,或许这些地衣正好补偿了紫外线对驯鹿眼睛的伤害。鹿蕊具有很强的抗氧化特性,其他两种驯鹿喜欢吃的食物又富含维生素C,这样的食谱保护了驯鹿的眼睛,使其更能应对过多紫外线带来的威胁。
圣诞故事中最常提到的是驯鹿那具有魔力的红色鼻子,但现实世界中,驯鹿那双蓝色的眼睛,又何尝不具有魔力呢?