我们身边的发光生物

随着《阿凡达》的火爆上映，其中的潘多拉星球也成为了人们津津乐道的话题，在那个美丽的星球上，所有植物都是能发光的，而那些蓝色的纳威人崇拜的神树，也是会发光的。我们会不由得发出感叹，要是地球上的植物也都发光，那该多好!其实，地球上的生物也有很多是发光的，只是我们没有意识到或没有看到它们而已。

　　说起发光生物，我们的第一概念就是萤火虫——虽然大多数人至今也没有见过真正的萤火虫，但“囊萤映雪”的故事恐怕很多人从小就耳有所闻，估计还将激励一代又一代少年奋发图强。可以说，萤火虫是我们对生物发光的最直接印证。不过，倘若你只认为萤火虫才能发光，那就孤陋寡闻了。世界之大，无奇不有，下到最低等的单细胞生物，上到高等的脊椎动物，自然界具有发光能力的生物实在是种类繁多，据统计，单单是动物界，在全部的25个门中就有13个门的动物能够发光。可见，生物发光是一种普遍现象。

　　

　　 生物，原来可以亮的

　　

　　经过这么一说，我们似乎对生物发光有了一点了解，虽然自然界中的生物体普遍存在发光现象，但你若以为所有的发光都是萤火虫那样，可就大错特错了，不同生物发光的机理、强度和光谱范围都存在着很大差异。根据发光的机理不同，学者一般会将生物发光分为4大类：受激荧光、发光生物发光、化学发光和生物的超微弱发光。而我们一般意义说的发光生物是第2种——发光生物发光。

　　生物发光顾名思义，就是生物体发出的光辐射，这种光辐射不需要以光吸收为前提。

　　生物发光让很多人为之着迷，早在3000多年前，古人就观察到了生物发光的现象，《诗经·国风·豳风》中曾有描述“熠耀宵行”，说的就是闪闪发光的萤火虫。几十个世纪以来，无论是平常人还是专家学者，都被鲜活的生物体中发出的光所深深吸引，既敬畏自然的神奇，又感叹世界的多彩，然而其中的发光机制却长期困扰学界。曾有一位美国学者在上世纪50年代收集了数万只萤火虫，并将其发光器剪下，干燥装在烧瓶里，研究它们的发光物质。

　　现在来看，生物发光大部分都与三磷酸腺苷(ATP)有关，一般的机制是细胞内的某一化学物质，在一种特殊酶的作用下，发生氧化还原反应，并伴随能量变化，化学能转化为光能。酶作为一种高效率的催化剂，可以促使生物体内发生化学反应，为发光物质提供能量，并且能保证消耗最少的能量而发出强度尽可能高的光。最先破译的还是我们最常见的萤火虫：1885年，科学家在实验室里分离出了萤火虫的萤光素、萤光素酶，并指出萤火虫的发光是一种化学反应——在发光过程中经历了一系列复杂的化学变化，简单来说，就是这两种发光物质先与ATP结合成一个复合体，在与氧气反应的过程中，发生电子转移同时伴随能量的变化，释放出二氧化碳和光。目前已知，绝大多数的生物发光机制就是这种模式。

　　

　　不只是亮一点

　　

　　生物为什么会主动发光呢，其意义何在?在上亿年的进化过程中，生物保留了主动发光的生物行为，必然是有其重要意义的。要知道，光是一种能量，主动发光就是消耗能量，而在进化过程中，生物竖持的最基本的生存策略就是在维持生命的正常活动的前提下，最大限度地去节省能量，由此可见，主动发光必定是大有用途，甚至可能是发光生物生存的一个重要的环节。科学家长期研究并归纳出如下几个理论可以说明生物发光的意义：

　　首先就是我们最先想到的萤火虫。众所周知，萤火虫发光是为了求偶或交流，即这是一种生物通讯。当夜幕降临，雌性萤火虫会找一个显眼的位置，翘起尾巴，发出微弱的光，指引它的“如意郎君”前来交配，雄虫发现后也会通过亮光来响应回答，并互相交流。在很多细菌身上，生物发光也会帮助它们交流，并提升宿主的共生效应，最终对群体行为产生影响。

　　其次是深海鱼类，它们通过光的吸引来捕食。比如一种称为印鮟鱇的鱼类，头部悬挂一个发光器，在深海环境中，一些小鱼会被吸引到艘镰的附近，成为鮟鱇的口中之“鬼”。有意思的是，实际发光的并不是鮟鱇自己，而是一种共生的发光生物，于是，细菌借助鮟鱇有了一个稳定的安身之所，而同时帮助鮟鱇来吸引小动物。另一种称为雪茄达摩鲨的鱼，腹部可以发光，从远处看起来，这些光斑像是小鱼，于是某些大型掠食性鱼类(如鲔鱼和鲭鱼)会被吸引过来，反而成为雪茄达摩鲨的食物。

　　再次，某些鱿鱼及小型甲壳类动物还靠光来驱敌。当他们遇到危险的时候，会像乌贼喷墨水一样，喷出发光化学混合物浆液，让敌人看起来不敢靠前，或是因为惊恐扭头逃走。而我们上文说的萤火虫，在幼虫阶段，能发出警示性的光，以此来驱走捕食者。

　　另外还有深海鱼类依靠发光来照明，有一种巨口鱼可以产生红光，因为海水能够把红光滤掉，所以一些红色生物无法被发现，而巨口鱼的红灯笼则可以帮助它们发现红色的猎物。

　　除此之外，还有深海生物利用生物光进行伪装，使自己完全融入周围幽蓝的海水中，在猎物最意想不到的时候一击致命。

　　

　　星星之火可以燎原

　　

　　生物主动发光是有其重要意义的，而这些意义也可以被我们应用于生活和生产中。

　　比如海洋生物的发光是一种“冷光”，发光效率极高而产热量极少，在发光的同时，几乎没有辐射热能的消耗，也就是说，生物光几乎能将化学能百分之百地转变为可见光，人类从工程学角度研究、模拟这种发光，可以制备新一代冷光源。或许有朝一日，各种各样不辐射热的发光墙或冷光发光体会相继诞生，冷光会被大规模应用。而由于生物光源没有电流，因此不会生磁场，人们可以在这种光流的照明下，消除磁性水雷的磁性等。在生化分析领域，生物光更是可以帮助人们检测很多痕量物质。

　　我们甚至可以想象，将来某一天，行道树可以发光，这样就节省了电灯，也可以代替圣诞树挂灯以保证安全；农作物和家庭植物在需水或是有病害时，自己会发光汇报……

　　总之，基于对生物发光现象的研究，一些技术已经应用于现代生命科学和医学研究。可以预见，在不久的将来，更多的生命科学之谜将被逐一揭示，并帮助我们更好地生活。