گوزنهای شمالی شاید بینیِ قرمزِ افسانهای نداشته باشند، اما بدنشان یک «ترفند» واقعی و شگفتانگیز دارد: چشمهایی که با تغییر فصل، رنگ عوض میکنند. این پدیده که در زیستشناسی سازگاریهای جانوری کمنظیر است، بهویژه در تاریکی طولانی زمستان قطب شمال معنا پیدا میکند؛ جایی که نور کم است و بقا، به کیفیت دید وابسته میشود.
از تابستان طلایی تا زمستان آبیِ عمیق
پژوهشگران در سال ۲۰۱۳ گزارش کردند که چشم گوزن شمالیِ قطبی (Rangifer tarandus) در طول سال «هیو» یا تهرنگ خود را تغییر میدهد؛ انگار آینهای کوچک از آسمان قطب شمال است. در تابستانِ قطبی، وقتی روزها طولانیاند و خورشید زمان زیادی بالای افق میماند، درخششی طلایی و گاهی متمایل به فیروزهای از چشم حیوان بازمیتابد؛ جلوهای که میتواند یادآور بازتاب سبز زمردی چشم گربهها در تاریکی باشد.
اما زمستان که میرسد و تاریکی بر منظره یخی سلطه پیدا میکند، داستان تغییر میکند: چشم گوزن شمالی به رنگ آبیِ پررنگ و عمیق میگراید. این تغییر رنگ نه جادویی است و نه «فانتزی»؛ یک دگرگونی طبیعی و برگشتپذیر است که احتمالاً به دید بهتر در نور کم کمک میکند—نوعی فناوری زیستی که تکامل، آن را دقیق تنظیم کرده است.
چرا «آبی»؟ نقش نور گرگومیش در قطب شمال
گوزنهای شمالی بخش مهمی از فعالیت غذایی خود را در گرگومیش انجام میدهند. در زمستانِ قطب شمال، گرگومیش میتواند بیش از یکسومِ روز ادامه داشته باشد و نور محیط را بهطور غیرعادی «آبیتر» کند. به همین دلیل است که عکاسان و هنرمندان از اصطلاح «ساعت آبی» برای این بازه زمانی استفاده میکنند.
در چنین شرایطی، دیدن شکارچیانی مثل گرگها یا پیدا کردن منابع غذایی مانند گلسنگها (lichen) در میان برف و سنگ، به حساسیت چشم در نور کم وابسته میشود. ایده اصلی دانشمندان این است: اگر چشم بتواند نور آبی بیشتری را بازتاب دهد و مدیریت کند، احتمالاً اطلاعات نوری بیشتری به گیرندههای نوری شبکیه (photoreceptors) میرسد. به زبان ساده، چشم با «دوباره عبور دادن» نور از مسیرهای داخلی، شانس ثبت جزئیات را افزایش میدهد.
البته این تقویت بیهزینه نیست. تصویر میتواند روشنتر شود—حتی در برخی برآوردها تا صدها یا هزار برابر روشنتر—اما وضوح (resolution) کاهش پیدا میکند؛ چیزی شبیه نگاه کردن از پشت شیشهای که کمی بخار گرفته باشد. برای حیوانی که باید سریع حرکت کند و تهدید را تشخیص دهد، چنین معاملهای ممکن است کاملاً منطقی باشد: روشنایی بیشتر، در برابر جزئیات کمتر.
پشت صحنه تغییر رنگ: «تپتوم لوسیدوم» چیست؟
بسیاری از پستانداران یک لایه بازتابنده نور در پشت شبکیه دارند که «تپتوم لوسیدوم» (tapetum lucidum) نامیده میشود. همین لایه است که باعث میشود چشم برخی حیوانات در تاریکی بدرخشد. تپتوم با بازگرداندن نورِ عبوری، فرصت دومِ جذب فوتونها را در شبکیه فراهم میکند و دید در نور کم را بهتر میسازد.
اما آنچه گوزن شمالی را ویژه میکند، شکلِ «فصلپذیر» این لایه است. طبق گزارشها، ساختار تپتوم در این گونه بهگونهای تغییر میکند که میزان بازتاب نور—بهخصوص در طولموجهای آبی—در زمستان افزایش یابد. در میان پستانداران شناختهشده، چنین تغییر ساختاریِ وابسته به فصل بسیار نادر توصیف شده است.
سرنخهای تازه از پژوهش ۲۰۲۲: چشم مثل لاستیکِ زمستانی
در مقالهای که سال ۲۰۲۲ در The Conversation منتشر شد، رابرت فوسبری (Robert Fosbury)، چشمپزشک و پژوهشگر، این سازگاری را با یک تشبیه روزمره توضیح داد: همانطور که در سرما میتوان با کم کردن باد تایر، اصطکاک روی یخ را بیشتر کرد، گوزن شمالی هم به نظر میرسد با تغییرات مایع در ساختار تپتوم، «چسبندگی نوری» خود را به محیط افزایش میدهد و دید بهتری به دست میآورد.
فوسبری و همکارانش در سال ۲۰۲۲ تفاوت چشم گوزنهایی را که در تابستان مرده بودند با نمونههای زمستانی مقایسه کردند. نتیجهها با این فرض همراستا بود که گشاد ماندنِ طولانیِ مردمک در نور کم، تعادل مایعات داخل چشم را تغییر میدهد و ممکن است باعث دگرگونیهای ظریف در تپتوم شود. پژوهشگران تأکید کردند که نتوانستند دقیقاً همان تپتومِ یک فرد را در هر دو فصل بررسی کنند، اما بر اساس دادهها «روشن است که هر تفاوتی کوچک است»—و با این حال میتواند اثر عملکردی بزرگی داشته باشد.
آنها همچنین صریح گفتند هنوز نمیدانیم این تغییر ساختاری دقیقاً چگونه آغاز میشود و کدام مسیرهای بیوشیمیایی آن را پیش میبرند. اما هر مکانیسمی که در کار باشد، باید برگشتپذیر باشد؛ چون چشم در چرخه سالانه دوباره به حالت تابستانی بازمیگردد.
گام بعدی دانشمندان: پاییز و بهار را دستکم نگیرید
برای حل معما، پژوهشهای آینده احتمالاً باید روی فصلهای گذار تمرکز کنند: پاییز و بهار، زمانی که رنگ و ساختار چشم بهتدریج از حالت طلایی-فیروزهای به آبی و سپس دوباره برمیگردد. ثبت این گذار میتواند نشان دهد تغییرات در چه بازه زمانی رخ میدهد، آیا با تغییر طول روز همبستگی دارد، و چه نقشی برای فشار داخل چشم، مایع زجاجیه یا تغییرات بافتی میتوان متصور شد.
از زاویهای بزرگتر، این موضوع فقط درباره یک گونه نیست. اکوسیستمهای کمنور—از جنگلهای شمالی تا زیستگاههای زیرزمینی—میتوانند میزبان سازگاریهای مشابهی باشند که هنوز کشف نشدهاند. اگر چنین باشد، «تغییر رنگ چشم» ممکن است صرفاً یک نمونه از خانوادهای بزرگتر از راهکارهای تکاملی برای مدیریت نور باشد.
چرا این کشف برای علم مهم است؟
شناخت سازوکار دید در نور کم، هم برای زیستشناسی تکاملی ارزشمند است و هم میتواند الهامبخش فناوری باشد: از طراحی مواد بازتابنده و حسگرهای نوری گرفته تا الگوریتمهای بینایی ماشین که در نور کم کار میکنند. وقتی طبیعت نشان میدهد چگونه با تغییرات ظریف ساختاری، کارایی سیستم بینایی را بالا میبرد، مهندسی هم میتواند از همان منطق—تنظیمپذیری، برگشتپذیری و سازگاری با محیط—ایده بگیرد.
فعلاً یک چیز روشن است: در تاریکیِ طولانیِ زمستان قطبی، چشم آبیِ گوزن شمالی فقط زیبا نیست؛ یک ابزار بقاست که هنوز همه رازهایش را برای ما فاش نکرده.
