令人著迷的神奇光
當(dāng)你夜晚漫步在鄉(xiāng)村的森林里，可能遇到一群在空中“舞動”著的燈光，這看起來可能有點像是魔術(shù)的場景，但事實上這是自然世界賦予某種昆蟲的一項最特別的能力：發(fā)光。這些是由小小的螢火蟲施展出來的。
幾千年以來，人類一直被發(fā)光的生物所深深吸引。例如唐代詩人杜牧《秋夕》里“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢”里的螢火蟲。公元前4世紀，古希臘哲學(xué)家亞里士多德就曾寫道，“有些物體，雖然不像陽光或火光一樣，但也能產(chǎn)生光亮?！蓖瑯樱诠?世紀，羅馬學(xué)者老普林尼曾記錄他在地中海的那不勒斯灣那里觀察到一個會發(fā)光的水母，在他看來，水母的發(fā)光強度，如果放在手杖頂端，幾乎可以用來當(dāng)做火炬。
黑暗中的生物發(fā)光最龐大的陣營，莫過于海洋生物了，比如水母、魚類，甚至珊瑚蟲也能發(fā)光。然而，有意思的是，淡水棲息地中除螢火蟲外幾乎沒有發(fā)光生物。另外，在自然界并不只有動物才有這種特殊技能，有些細菌也能發(fā)光。
生物如何發(fā)光？
那么生物是如何發(fā)光的呢？它們的光有區(qū)別嗎？
正如亞里士多德注意到的那樣，生物散發(fā)的光是一種“冷光”，這種光不同于太陽光，也不同于我們常見的電燈泡所散發(fā)出來的光芒。電燈泡發(fā)光的同時還會產(chǎn)生余熱，而生物發(fā)光反應(yīng)的效率幾乎是100%，產(chǎn)生的余熱極少。
動物一般通過兩種方式產(chǎn)生“冷光”：一種是通過自身的構(gòu)造，比如螢火蟲；第二種是通過發(fā)光細菌——會發(fā)光的細菌會在動物體內(nèi)舉辦一場華麗的燈光秀。這些發(fā)光細菌也可以自主生活，也可以寄生，當(dāng)它們以寄生方式活著的時候，會依附于一個動物宿主，然后使動物宿主在不知不覺間發(fā)光。
例如，在太平洋沿海水域，有一種微小的短尾魷魚，只有幾厘米長，發(fā)光細菌在它們的體內(nèi)生活，使它們閃閃發(fā)亮。每天早上，短尾魷魚將身體內(nèi)95%的發(fā)光細菌驅(qū)逐出去，確保在自己休息時細菌不再發(fā)光。等到了晚上，再將發(fā)光細菌召回，直到體內(nèi)的細菌累積到足夠多的數(shù)量后，短尾魷魚便開始發(fā)光了。
在水中，短尾魷魚利用身體里發(fā)光細菌所散發(fā)的藍綠色光，偽裝成月亮從天上照射下來的光線，可以欺騙潛伏在短尾魷魚底下的捕食者。此外，短尾魷魚還能控制由細菌所發(fā)出的光線的亮度。這是一個有趣的生物發(fā)光現(xiàn)象，光在這里主要并不是為了照亮黑夜，而是起到偽裝的作用。
而作為回報，短尾魷魚的身體會提供含糖溶液來喂養(yǎng)細菌——它們之間是互利的共生關(guān)系，這種關(guān)系在短尾魷魚一出生就已經(jīng)存在了。短尾魷魚出生后，就會立即從周圍的環(huán)境中獲取發(fā)光細菌，而發(fā)光細菌則通過“殖民”，變?yōu)槎涛掺滛~的發(fā)光器官。
真正的發(fā)光生物，并不是借取發(fā)光細菌的光，而是通過自身的構(gòu)造和身體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)自己創(chuàng)造光芒。這些動物通常有專門結(jié)構(gòu)，稱為發(fā)光器官，發(fā)光器官里的有機分子——熒光素——會與氧發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生可見光。螢火蟲的下腹部就有一個能發(fā)光的器官，能產(chǎn)生獨特的閃爍光芒。發(fā)光器官里的化學(xué)反應(yīng)可以由各種因素刺激而發(fā)生，包括化學(xué)的、神經(jīng)的，或者是力學(xué)的觸發(fā)。
還有熒光和磷光
以上兩種方式統(tǒng)稱為“生物發(fā)光法”，但“生物發(fā)光法”并不是動物王國發(fā)光的唯一方法，許多動物也可以通過熒光反應(yīng)來發(fā)光，熒光反應(yīng)是指動物被某種光線照射后，會出射與入射光不同波長的光。而一旦停止入射光，發(fā)光現(xiàn)象也隨之立即消失。
例如，在紫外線下，蝎子會出現(xiàn)青綠色光。不同種類的水母和甲殼動物也具有熒光性質(zhì)，很多珊瑚礁生物都利用熒光來生存。櫛水母是一種微小的生物體，它們不是水母。櫛水母有“槳狀附屬物”——纖毛，能推動它們前進，當(dāng)它們運動時，入射光被運動中的纖毛所散射，這時，你就會發(fā)現(xiàn)有閃閃的五彩光也隨之移動。而在脊椎動物中，日本鰻魚是具有這種本領(lǐng)的唯一物種。
此外，動物們也可以使用磷光，磷光的化學(xué)性質(zhì)與熒光相類似，但除去光源之后，磷光仍會繼續(xù)發(fā)亮。
許多海洋生物的發(fā)光囊括了以上三種發(fā)光方法，但磷光往往過于微弱，很難用肉眼看到，又或者是被另外兩種方式產(chǎn)生的光芒掩蓋掉了。對比來說，生物發(fā)光法所發(fā)的光是最為明亮耀眼的。
生物為何要發(fā)光？
從海洋表面到最深的海溝，生物光就像是一束光柱。隨著海底變得越來越暗，生物發(fā)光的量開始增加。人們認為，90%左右的深海動物都使用某種形式的發(fā)光來保護自己、捕食和尋找伴侶。
首先是防御作用：在黑暗中，當(dāng)面臨兇惡的捕食者或攻擊者時，動物們可以突然閃光，這種防御性生物發(fā)光可以嚇退天敵。比如短尾魷魚或者某些種類的水母就是使用這種方法，突然閃光，然后迅速逃走。
其次是用來“犯罪”：生物發(fā)光可以吸引獵物，為動物披上偽裝的外衣，或通過照明來找到獵物。琵琶魚的頭上有一盞“小燈籠”，就像是一個發(fā)光的釣魚桿，在深海處一閃一閃的亮光，吸引了魚兒們的目光，使魚兒游向發(fā)光處，當(dāng)小魚游到面前時，琵琶魚就突然張開自己的“血盆大口”，把這群小家伙吞到了肚子里。
這個發(fā)光的工具還助于吸引雌性琵琶魚，當(dāng)雄琵琶魚把雌琵琶魚吸引過來后，就會緊緊咬住雌魚的身體，并長期寄生于雌魚身上，因為雌魚的體形較大，而雌魚比雄魚大上幾倍，甚至數(shù)百倍。在寄生過程中，雄魚會逐漸解體，直至融入雌魚身體中，完全消失。最后，雄魚留下的精巢則成為雌魚所需精子的來源。
不僅是海洋生物，地面動物的光同樣具有誘惑能力：發(fā)光的螢火蟲在求偶中起著關(guān)鍵的作用，它們的腹部下方有發(fā)光器官。雄性螢火蟲進行“燈光秀”來吸引雌性，雌性如果喜歡某只雄性螢火蟲的表演，它就會做出回應(yīng)。而不同的螢火蟲物種可以通過光的閃爍模式來識別。
但相對地，發(fā)光的海洋動物可能也會因為自己的特殊技能而陷入危機。科學(xué)家曾經(jīng)觀察到，抹香鯨等其他不發(fā)光的海洋生物一直潛水到很深、很暗的海域捕食發(fā)光動物，而追蹤的線索就是發(fā)光動物身上的光線。
在海洋中，你如果仔細觀察，就能注意到動物發(fā)光的顏色通常包括藍色和綠色，與霓虹等散發(fā)出來的藍色和綠色光線極為相似，因此也稱作霓虹色調(diào)。為什么海洋動物的生物燈是這兩種顏色呢？這是因為在海洋深處，波長較短的藍色和綠色光可以穿行很遠的距離，就類似于我們打著手電筒走在黑乎乎的森林里，當(dāng)然希望手電筒的光照得越遠越好。
自然光如何造福人類？
美輪美奐的生物發(fā)光除了具有欣賞價值之外，在我們的日常生活中，生物發(fā)光也有很多實際的應(yīng)用，我們可以把它應(yīng)用于醫(yī)療、軍事和商業(yè)等的領(lǐng)域之中。其中，動物的熒光反應(yīng)已成為一種越來越有用的工具。
比如來自發(fā)光水母的熒光蛋白，在醫(yī)學(xué)研究中具有巨大的潛力。熒光蛋白的出現(xiàn)可以說是徹底改變了細胞生物學(xué)，它在紫外燈下會發(fā)出明亮的綠色和藍色，可作為生物過程的一個多功能的標(biāo)記物。該蛋白質(zhì)可以被克隆（因此它不需要從活水母中獲得），而綠色熒光蛋白基因序列還可以添加到生物體的基因組中。
如此一來，科學(xué)家們想要研究某一類細胞的話，就能利用自然熒光蛋白使細胞“發(fā)光”，這樣科學(xué)家們能夠更好地觀察組織的生長，比如腦部的神經(jīng)細胞到癌細胞的擴散。也可以跟蹤嚙齒類動物病毒和疾病的傳播，也可以讓我們了解和治療人類的疾病。
此外，還有一個比較大膽的想法，就是把生物發(fā)光的基因加入到植物的基因中，讓植物發(fā)光，那么就可以讓樹木代替路燈，不用消耗能源就可以散發(fā)光芒，這樣我們就能節(jié)省寶貴的化石燃料。
如今研究人員已經(jīng)將發(fā)光細菌的基因組，插入到一種叫做花煙草的植物的基因中，創(chuàng)造了“組合型植物”，能自主發(fā)出黃綠色的光。英國愛丁堡大學(xué)的科學(xué)家們也創(chuàng)造出了一種會發(fā)光的土豆，在黑暗中，土豆會脫水，然后就會發(fā)光。這種新型土豆可以為農(nóng)民帶來福利，因為發(fā)光的土豆能作為“標(biāo)記物”來監(jiān)測莊稼的水分狀況，避免了人為造成的旱災(zāi)。
生物發(fā)光還有軍事用途。比如當(dāng)被擾動時，某些種類的浮游生物往往會發(fā)光。如果大量發(fā)光的浮游生物聚集到一起，使用它們可以暴露隱身潛艇的下落，或擾亂其他隱蔽的海軍作戰(zhàn)。
當(dāng)然，生物發(fā)光還有很多商業(yè)用途。例如，美國一家生物技術(shù)公司希望開發(fā)一系列不可思議的發(fā)光產(chǎn)品，比如糖果、口香糖和飲料等發(fā)光甜食，以及能在黑暗中發(fā)光的牙膏、肥皂和泡泡沐浴液等等。
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