發光生物

人們發現，不同的生物會發出不同顏色的光來。所有的植物在陽光照射后都會發出一種很暗淡的紅光，微生物一般都會發出淡淡的藍光或者綠光，某些昆蟲會發黃光。仔細地劃分一下，發光可分兩類，一類是被動發光，如植物，那些微弱的紅光不過是沒能參與光合作用多餘的光，這種光對植物是否有著生物學上的意義目前還是個謎，但一般的看法是這種光無意義，就像塗有熒光物質的材料經強光照射后再置於黑暗中發光那樣。另一類是主動發光，儘管有一些發光的意義目前還未全部認識清楚，但有一點是可以肯定的，絕大多數主動發光的生物這種發光是有用途的。光是一種能量，主動發光是對能量的一種消耗，生物的生存策略有一個最基本的共同點，那就是在維持生命的正常活動中最大限度地去節省能量，因此主動發光必定是主動發光生物生存的一個重要的環節。有必要說一下，有些動物本身並不會發光，但在共生的環境中它們會利用發光細菌的光為自己服務，下面舉例時我們會提到這一點。

發光，是一種生物行為，具體地說就是一種生物通訊。下面我們來看看主動發光對發光生物都有些什麼用途。

人們首先會由螢火蟲想到發光是動物的求偶行為，雌性螢火蟲發出微弱的光蟄伏在草叢中，雄蟲發現後會用一種興奮的明亮的閃光來示好，等待著雌蟲發光的變化以確定自己有多大成功的把握。

警告也是光的一種用途。眾所周知，很多種動物會有自己食物來源的一個區域，這種秩序建立在同種生物自然默契的基礎上，為了不使矛盾激化，動物們通常會各自有一套警告的方法行為，如較深海處底棲的某些發光魚類。

在深海有一種鮟鱇頭頂會有一個發光器，這是用來迷惑一些從它身旁經過的小動物的，如果某個動物有太強的好奇心的話，那麼這種抑制不了誘惑的惡習極有可能讓它成為鮟鱇的口中之鬼。這種發光屬於取食行為中的一種。有趣的是，這種鮟鱇自己並不能發光，但在它的頭頂的那個突出物卻能給一種發光的細菌提供生存環境，細菌得到了一個穩定的生活來源，而鮟鱇則利用它們發出的光來吸引小動物。

1885年，杜堡伊斯(Dubois)在實驗室里提出的螢火蟲的熒光素和熒光素酶，指出螢火蟲的發光是一種化學反應，後來，科學家們又得到了熒光素酶的基因。經過科學家們的研究，螢火蟲的發光原理被完全弄清楚了。我們知道，化學發光的物質有兩種能態，即基態和激發態，前者能級低後者能級很高，一般地說在激發態時分子有很高並且不穩定的能量，它們很容易釋放能量重新回到基態，當能量以光子形式釋放時，我們就看到了生物發光。如果我們企圖使一個物體發光我們只需要給它足夠的能量使它從基態變成激發態就行了，但生物要發光則需要體內的酶來參與，即酶是一種催化劑，並且是高效率的，它可以促使發生化學反應的以給發光物質提供能量且能保證消耗的能量盡量少而發光強度儘可能高。在螢火蟲體內，ATP（三磷腺酸苷）水解產生能量提供給熒光素而發生氧化反應，每分解一個ATP氧化一個熒光素就會有一個光子產生，從而發出光來。目前已知，絕大多數的生物發光機制是這種模式。但在發光的腔腸動物那裡，熒光素則換成了光蛋白，如常見發光水母的綠熒光蛋白，這些個熒光蛋白與鈣或鐵離子結合發生反應從而發出光來。

一種能發紅色熒光的轉基因斑馬魚，這算是人工發光生物了

上面我們說到生物主動發光歸根結底是一種生物的通訊行為，一些有眼睛的動物能直接捕獲到自己能理解的來自同類物種發出的光，但一些壓根都沒有眼睛的生物是如何實現光通訊的呢？科學家們目前在這方面進行過一些有意義的實驗，讓我們來看看那些具普遍意義的實驗吧。

首先，生物發光是最經濟的，因此更多的生物發光是一種非常弱的光，弱到人眼無法而只能通過儀器檢測到。如水蚤，一般情況下我們甚至都不知道它們原來也是一種會主動發光的動物。科學家們為了測定到它們微弱的光用不吸收紫外線的石英玻璃杯盛上水，再放進一些水蚤，測試中假定水蚤各自的發光是獨立的，即意味著它們的光量是可能迭加的，水蚤數目越多，光量就越大，可實驗的結果大出人們的意料，當水蚤的數目達到一定的比例時，這種迭加就不存在了，反而是光量變小，經研究發現這原來是一種被稱之為“相干”的光學現象。在對微小生物進行發光的研究中科學家們還發現，發光生物機體的異常也會影響到發光的質量。像光照誘導的延遲發光也存在於發光生物中，並且研究后都發現了“相干”。於是人們提出了一種稱為“相干電磁場和生物光子”的假說，這種假說認為在發光的生物體內存在著相干的電磁場釋放生物光子，它是活組織中細胞通訊的基礎，即細胞和細胞之間可以藉助於電磁場和光來傳遞信息，這便是細胞的視覺系統。1993年，俄國科學家通過另一個實驗證明了細胞可能有“視覺”，實驗是這樣的，在5個格子里放進乳腺組織進行起培養，中間一組（AB）兩格用不透明隔板隔開，另外一組（CD）則用透明隔板隔開。向AB中添加不同的激素以測得分泌的蛋白質、氧化物和化學發光。實驗結果為AB無變化，CD則發生了變化，這表明它們覺察到了AB中發出的光。接著科學家們又用嗜中性白細胞做了類似的實驗研究，結果一樣。

這些研究工作是非常有意義的，一方面為我們解開生物系統之間傳遞信息的秘密提供了令人鼓舞的線索，另一方面為動物視覺的起源提供了一個科學解釋的想像空間。