生物发光原理与方式

作者: 何全

来源: 博物

发布日期: 2017-07-17

本文详细介绍了生物发光的原理和方式,包括细胞内发光、细胞外发光和共栖细菌发光等,并探讨了生物发光的原因,如求偶、反向隐身、吸引猎物等。

很多人喜欢bling bling的东西,比如亮片衣服、亮晶晶的首饰等;也有些人虽然不喜欢这些饰物,但也希望用其他方式让自己变得“闪亮”。我们人这么喜欢“发光”,自然界的其他生物也不例外,不过它们到底为啥要发光呢?生物发光,是靠化学反应的力量。一个“生物电灯泡”需要三样物质:荧光素,相当于燃料;荧光素酶(又称荧光蛋白),相当于催化剂;氧气、过氧化氢等助燃剂。

生物发光时释放的热量很少,有光无热,所以又叫“冷光”——因此不论萤火虫还是灯笼鱼,都不会被自己的亮光“烤”死,不用担心。大部分发光生物靠自己发光,按发光反应所在位置又分为三种:“细胞内发光”和“细胞外发光”。还有一些生物在体内共栖有发光细菌,全靠这些小伙伴才能发出光来。生物体内有发光细胞,可以分泌发光物质,在细胞内发生化学反应。这是最普遍的一种生物发光方式。

是依靠生物体内细胞分泌的物质发光,但与“细胞内发光”的区别在于先把发光物质排出体外,再发生化学反应并放出光来。一些动物自己并不能分泌发光物质,而是长出了名为“发光器”的腺体,里面栖息着发光细菌。与自己发光相比,发光细菌可以让它们长时间连续发光,要“灭灯”时只要停止给发光器输送氧气,里面的细菌就不工作了。

猫、鬣狗、懒猴等夜行动物的双眼像小手电一样,闪着黄色、绿色的光芒,但其实它们的眼睛没有自带光源,只是视网膜后面有一层称为“照膜”的反光膜,能像镜子一样,把透过视网膜的微弱光线给反射回去,再让视网膜上的感光细胞二次吸收。这使它们在夜里对光线的利用率更高,看得更清楚。当然,因为是反光,所以只有在外界光源照射下才能看到。光点闪烁的萤火虫,点燃了无数人的少女心。而发光的萤火虫自己,也正沉浸在自己的浪漫里。

每一盏小灯,都是萤火虫发给同类的求偶信号。萤火虫的发光器长在腹部末端,有些种类雌雄都有,可以相互闪光传情,觉得合适就见面。而有些种类的萤火虫只有雄性才能发光,雌性则在暗中挑选如意郎君。

同一片区域内常常生活着好几种萤火虫,每一种都有本族特有的“灯语”,闪光的颜色、亮度、频率各不相同,以免浪费时间跟别的物种调情——大部分萤火虫的成虫寿命只有5~15天,而它们的体力只能维持每晚“亮灯”两三个小时,为了繁衍大计要分秒必争。一个浪头打过,黑沉沉的海面瞬间变得亮闪闪——这种大范围闪光,来自海面上的浮游生物,包括夜光藻等甲藻类,发光弧菌等细菌,以及一些会发光的甲壳类浮游动物。

夜光藻和细菌的发光是无意识的,只是海浪的冲击力自动引发了它们的发光反应。如果是鱼群活动、船只经过搅动了海水,它们也会自动发光。栖息在深海中的各种鮟鱇鱼,雌鱼的第一背鳍特化成了向前伸出的“钓竿”,末端有一个块状的发光器当“钓饵”,吸引不明真相的小鱼上钩。至于雄鮟鱇可没有这套高精尖设备,只能寄生在雌鱼身上,否则就会饿死。不过它们寻找雌鱼,并不是循着光去找,而是依靠传播更远、也更精准的信号——气味。

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