驯鹿在北极冬季的黑暗中能看清物体，这是什么特殊能力？

驯鹿在北极冬季的黑暗中能看清物体，这要归功于一种特殊的能力。

2008年圣诞节，*视觉科学家格伦·杰弗里收到一份可怕的圣诞礼物——两罐驯鹿的眼球。这是他的两位挪威同事寄来的，想让他帮忙研究一下驯鹿在北极黑暗的冬天是如何看清物体的。为了让他方便比较，一罐眼球是在仲夏收集的，另一罐是在仲冬收集的。

开始时，杰弗里并不乐观。他怀疑，这样简单摘下来的眼球并不能告诉我们任何感兴趣的东西。但是，令他惊讶的是，当他从每一罐中取出一只眼球，并将其解剖的时候，直接就看到了一个惊人的差异。夏天的眼球背面是金色的，带有绿松石的光环，而冬天的眼球背面则是令人吃惊的深蓝色。这表明，驯鹿的眼睛可以随着季节的变化而变化。

杰弗里的好奇心被激起来了。于是，他决心研究驯鹿眼睛颜色变化的秘密，以及这种变化对它们视觉的影响。

眼球后面的反光镜

像所有优秀的科学家一样，杰弗里的研究也站在前人的肩膀上。在19世纪末20世纪初，*摄影师兼眼科医生乔治·约翰逊发现，许多动物的眼球背面都自带一面“生物镜”，可以将透过视网膜的光线反射回视网膜。这面生物镜后来被命名为“脉络膜反光层”。

脉络膜反光层在自然界中很常见，在许多哺乳动物、爬行动物、鱼类和无脊椎动物(如蜘蛛)的眼睛中都被发现，但鸟类和某些灵长类动物(包括人类)中却没有。它也是猫的眼睛在被汽车前灯照亮时发光的原因。

这让约翰逊想起了一种摄影技术，即在胶片后面放置一面镜子，将透过胶片的光线反射回去，让胶片再次感光。他认为，类似的事情也发生在他所研究的动物身上，其中许多是夜行动物。脉络膜反光层能够把透过半透明的视网膜的光线(即漏过视网膜的光线)反射回视网膜，再次感光，从而最大限度地利用进入眼睛的少量光线。

令人惊讶的是，后来很少有生物学家对这种结构感兴趣。在杰弗里解剖这些眼球之前，没有人调查过脉络膜反光层是否可以根据季节的变化进行调整。杰弗里怀疑，会不会是这种结构的季节性变化赋予了驯鹿超强的视觉呢?

对紫外线敏感的眼睛

在最初的发现之后，杰弗里多次访问挪威，在那里他可以检查活的驯鹿。为了确定驯鹿的视觉范围，杰弗里在已被麻醉的驯鹿眼皮下插入一根电极，以检测不同波长的光所产生的电信号。测量结果显示，驯鹿眼睛对紫外线高度敏感。此后的实验表明，这是因为驯鹿眼睛的角膜和晶状体对紫外线几乎是透明的，这样，紫外线可以在视网膜上成像;而人类的角膜和晶状体则吸收了大部分的紫外线。

有了这些解剖学上的发现，再加上已知的自然光的季节性变化，冬天驯鹿眼球上的深蓝色起什么作用就清楚了。在两极的冬天，你是永远看不见太阳的。但一天中有几个小时，太阳会升至足够接近地平线的位置，那时较短波长的光线被大气层散射，形成一种深蓝色，其中包含了大量的紫外线。驯鹿眼睛的晶状体和角膜对于紫外线是透明的，这意味着它的视网膜可以接收这种光线。但即便如此，由于光线太暗淡，形成视觉会有一定的困难。这个时候，脉络膜反光层又来帮忙了。脉络膜反光层的深蓝色增强了较短波长光波(如蓝光)的反射率，使更多的光线被反射回视网膜。

驯鹿眼球的解剖图，左采自冬天，右采自夏天。

不过，由于脉络膜反光层将光散射到多个方向，会降低图像的清晰度。可以预见，驯鹿眼睛的分辨率是不会太好的。但是，灵敏度的增强有助于发现食物。例如地衣吸收紫外线，对驯鹿来说，这将显示为一个较暗的斑块，与周围较亮的雪形成对比。由于动物的毛发会吸收紫外线，对紫外线的灵敏也有助于驯鹿发现天敌，如狼或北极熊。

反光镜为什么能随季节变化颜色?

在2022年发表的最新研究中，杰弗里还解释了驯鹿眼睛脉络膜反光层的颜色变化是如何发生的。电子显微镜的图像显示，脉络膜反光层由胶原蛋白的平行纤维组成，这些纤维分层排列，中间的空隙由水填充。杰弗里推测，去除水将会使纤维拉近，并改变其反射的光的波长。他把脉络膜反光层放在滤纸上，并记录下水蒸发时反射率的变化。他发现，在几个小时内，脉络膜反光层就由金色变成了深蓝色。

但是，这种变化又是如何遵循季节节奏的呢?杰弗里认为，在冬季的黑暗中，驯鹿眼睛的瞳孔会一直处于放大状态，这将导致眼球内压力增加，压迫脉络膜反光层，将其填充在胶原蛋白纤维间隙的水挤出去。

杰弗里的发现引起很多生物学家的兴趣。他们想看看在其他与驯鹿生活在相同环境中的动物(如麝香牛)，是否也有变色的“生物镜”。这可能有助于我们更好地了解这一特征的进化起源。