生物发光之谜

是的，当提到生物界的照明时，人们首先想到的是萤火虫，但是除了这种昆虫，还有许多生物也能发光。例如，一些生活在深海的鱼，光是谋生的手段。晚上经常在海上工作的渔民，甚至是住在海边的人，经常可以看到海面上的光带，这是由一些藻类发出的。当它们受到干扰或大量繁殖时，海洋似乎开始燃烧。晚上在沙滩上玩耍的孩子们可以在沙滩上找到沙蚕，它也是一种发光的动物。此外，还有水母、珊瑚、一些贝类和蠕虫等。人们发现不同的生物发出不同颜色的光。所有的植物暴露在阳光下都会发出很暗的红光。微生物通常发出浅蓝色或绿色的光，一些昆虫会变黄。仔细划分，冷光可以分为两类，一类是被动冷光，比如植物，那些微弱的红光只是多余的光，不能参与光合作用，这种光是否对植物有生物学意义仍然是个谜，但一般的看法是，这种光是没有意义的，就像涂有荧光物质的材料暴露在强光下然后放入黑暗中发光一样。另一种是主动发光。尽管某些发光的重要性还没有完全被理解，但有一点是肯定的:绝大多数活性发光生物都有这种发光的用途。光是一种能量，而主动发光是一种能量的消耗。生物生存策略有一个基本的共同点，那就是在维持生命的正常活动中最大限度地节约能量。因此，主动发光必然是主动发光生物生存的重要环节。有必要说一些动物自身不发光，但是在共生环境中，它们会利用发光细菌的光来为自己服务。我们将在下面举例说明这一点。

发光是一种生物行为，特别是一种生物交流。让我们来看看主动发光对发光生物的作用。

人们首先会认为萤火虫是动物的交配行为。雌性萤火虫发出微弱的光，在草丛中冬眠。雄虫在被发现后会用一个令人兴奋的闪光来表示它们的善良，等待雌虫发光的变化来决定它们有多成功。

警告也是利用光。众所周知，许多种类的动物都有自己的食物来源，而这种顺序是基于同一物种的自然默契。为了不加剧冲突，动物通常有自己的一套警告方法和行为，如一些发光的鱼在深海海底。

深海里有吗？？？？头顶上会有一个发光装置，用来迷惑路过的一些小动物。如果一只动物有太多的好奇心，那么这种无法抵抗诱惑的坏习惯很可能会成功？？？？口中的幽灵。这种发光是进食行为之一。有趣的是，这种？？？？我不能发光，但是我头顶上的突起可以为发光细菌提供一个生存环境，而发光细菌有稳定的生命来源？？？？它们发出的光被用来吸引小动物。

1885年，迪布瓦在实验室提出了萤火虫的荧光素和荧光素酶，指出萤火虫的发光是一种化学反应。后来，科学家获得了荧光素酶基因。通过科学家的研究，萤火虫的发光原理被完全理解了。我们知道化学发光物质有两种能量状态，即基态和激发态。前者具有低能级，而后者具有高能级。一般来说，在激发态，光子具有高且不稳定的能量。它们可以轻易地释放能量并回到基态。当能量以光子的形式释放时，我们看到生物发光。如果我们试图让一个物体发光，我们只需要给它足够的能量把它从基态变成激发态，但是生物体需要体内的酶来参与发光，也就是说，酶是一种催化剂并且是高效的，它可以促进化学反应为发光物质提供能量，并且可以保证消耗的能量尽可能少，发光强度尽可能高。在萤火虫中，由三磷酸腺苷(三磷酸腺苷)水解产生的能量被提供给荧光素进行氧化反应，通过分解一个三磷酸腺苷，每个荧光素被氧化产生一个光子，从而发光。目前，已知绝大多数生物发光机制都是这种模式。然而，在发光的腔动物中，荧光素被发光蛋白取代，例如普通发光水母的绿色荧光蛋白，它与钙或铁离子反应发光。

一种能发出红色荧光的转基因斑马鱼被认为是一种人工发光生物。

我们上面提到过，活性生物发光最终是一种生物交流行为。一些有眼睛的动物可以直接捕捉他们能理解的同一物种的光，但是一些没有眼睛的动物是如何实现光通信的呢？目前科学家们已经在这个领域进行了一些有意义的实验。让我们看看那些具有普遍意义的实验。

首先，生物发光是最经济的，所以更多的生物发光是一种非常微弱的光，太弱了，人眼无法检测到，只能用仪器来检测。例如，水蚤，在正常情况下，我们甚至不知道它们也是活跃的发光动物。为了测量它们微弱的光线，科学家们在不吸收紫外线的应时玻璃杯中注满水，然后在玻璃杯中放入一些水蚤。在测试中，假定水蚤的光发射是独立的，这意味着它们的光发射可以重叠。水蚤越多，发出的光就越多。实验的结果出乎意料。当水蚤数量达到一定比例时，重叠不存在，但光量减少。研究发现，这原本是一种被称为“相干性”的光学现象。在对微小生物体发光的研究中，科学家们还发现，生物体发光的异常也会影响发光的质量。延迟发光，如光诱导发光，也存在于发光生物中，并在研究后发现“相干性”。于是人们提出了一个假说，叫做“相干电磁场和生物光子”。这一假说认为发光生物体内有相干电磁场释放生物光子，生物光子是活组织中细胞通讯的基础，即细胞和细胞可以通过电磁场和光来传递信息，光是细胞的视觉系统。1993年，俄罗斯科学家通过另一项实验证明了细胞可能具有“视觉”。实验如下:将乳房组织置于五个细胞中进行培养。中间组的两个细胞被不透明的隔板隔开，而另一组的细胞被透明的隔板隔开。不同的激素被添加到抗体中以测量分泌的蛋白质、氧化物和化学发光。实验结果表明，AB没有变化，而CD有变化，这表明他们意识到AB发出的光。然后，科学家用中性粒细胞做了一个类似的实验，结果相同。

这些研究具有重要意义。一方面，它们为我们解开生物系统之间信息传递的秘密提供了令人鼓舞的线索。另一方面，它们为科学解释动物视觉的起源提供了一个想象的空间。