生物光學

基本概念

生物光學現象（生物光學）

原理和作用

生物在億萬年的進化過程中，由於受到太陽光長期的直接作用，所以其生命活動和光有著密切的關係，即光對於加速或降低生物的新陳代謝和習性，都會產生很大的影響。

實例鳥類實例大多數鳥類在春季進行營巢、產蛋、育雛等等，那是因為這個季節是一年中日照逐漸增長的美好時光。許多鳥類從秋季就開始停育、換羽、育肥、流浪或遷徙，那是因為這個季節，是一年中日照逐漸縮短的時期。在一般情況下，大多數鳥類必須在光照時間為14～16小時的白天下進行繁殖。為了改變這種情況，人們在鳥類停育的冬季，每天晚上給它們補充光照，使白天的時間延長到14～15小時，則有趣地發現已經停止的生殖腺又能重新活動。根據這個特點，人們常採用補充光照的方法來提高家禽的產蛋量。如在14～15小時的光照條件下，夏德林種鵝的產蛋率能提高70%；土倫茲品種鵝的產蛋率能提高20%；羅馬尼亞種鵝的產蛋率能提高25.9%；普通信鴿的產蛋率能提高64.6%；火雞和朱雞的產蛋率能提高40%；普通家雞的產蛋率能提高25.3%～77.6%。光照影響鳥類行為的原理為什麼採用補充光照的辦法能提高家禽的產蛋量呢？經過研究發現，家禽生蛋與它的腦垂體有很大關係。當腦垂體分泌催卵激素時，就能促進家禽的卵巢生蛋。實踐證明，要使腦垂體分泌這種催卵激素，就一定要有比較長的光照時間，所以一般家禽在春季的產蛋量要比冬季多。不同波長的光線，對生物的生命活動也會產生一定的影響。人們又用家禽做試驗，結果發現受到紅光照射的家禽，它的產蛋量增加很少，有的甚至沒有增加。自從科學工作者揭開了家禽產蛋量與光照之間的秘密之後，人們一方面在選擇雞種和飼料上面下功夫；另一方面利用光對家禽生理活動的影響，加以精心的飼養和管理，結果使家禽的產蛋量大幅度提高。有些良種母雞，已經達到每年下蛋360～370個的新水平。魚蝦光對於魚類的生活習性，也能產生明顯的影響。人們一方面觀察在自然光線照射下，魚類在早晨和晚上的活動情況；另一方面研究了在用人工光線的照射下，魚類的反應情況，結果發現隨著光線顏色的不同，被照射的魚類（特別是鰻魚、鯖魚等）會表現出不同的反應。當光的顏色從波長較短的青色光變換到波長較長的紅色光時，發現光的波長愈短，魚的活動愈活潑；相反，當光的波長愈長，則魚的行動愈遲鈍。在藍色光和綠色光的照射下，魚可以做大範圍的活動；在黃色光的照射下，魚群開始集結到照射燈的附近，行動變得不活躍；在紅色光線照射下，魚群密集在一起，行動大為遲鈍。人們又用蝦做實驗，結果發現，當用紅燈照射時，它們會一動不動地浮到水面上來。魚類分佈在海洋中各個不同的水層。人們一般習慣地把生活在海洋較底層的魚類，稱為底層魚類，如我國的大黃魚、小黃魚、鯧魚等；而把生活在接近海面或海面以下的魚，稱為中上層魚類，如我國的馬鮫魚、鮐魚（俗稱油筒魚）、太平洋鯡魚（俗稱青魚、青條魚等）。中上層的魚類一般都具有敏銳的視覺，發達的測線以及適應迅速遊動的體型，所以捕捉比較困難。自從人們發現光對魚的生活習性能產生影響之後，近年來世界各國在充分利用底層魚類資源的同時，積極發展“燈光圍網漁業”。這是一種先進的捕魚方法，利用燈光把魚誘集起來，然後用圍網進行捕捉。昆蟲昆蟲的生長發育和生活習性，與光也有密切的關係。生活在蒼鬱的林中，植物的莖（或根）中、地下或大多數倉庫中的昆蟲，由於它們習慣於弱光，所以若增強其生活環境的光度，則它們的活動就會受到抑制。而許多有翅的昆蟲就具有很強的趨光性，它們在夜間飛行時，都是利用光線辨別方向的。利用這個特性，人們常常用橙、黃、綠、藍、紫和紫外光（因為昆蟲看不見紅光，所以一般不採用紅光）來誘捕大量有害昆蟲，偵察蟲害發生的時期和數量。人們曾用不同波長、強度和照射周期的光做試驗，結果有趣地發現，家蠶的幼蟲在白色光線照射下（紅色光次之）生長最快，起眠也比較整齊；當用綠色的光線照射時，發現家蠶的結繭很大；用短波光照射能促進蠶的生長，而長光照射能遲延蠶的生長。光的顏色，除了對昆蟲的生長發育產生影響之外，還能在一定程度上改變其生活的習性。如用黃色的光線照射螞蟻時，發現它們在受到刺激后能立即去搬移蟻卵；當用綠色的光照射竹節蟲時，發現它們受到刺激后能立刻變色。植物植物和光的關係，可以追溯到遠古的年代。在白堊紀中葉以前，根據當時植物的特徵進行判斷，地球上還沒有直射的陽光，那時地球的表面是一片水汽霧和密密層層的雲海。但自從白堊紀中葉起，地球上開始有直射的陽光后，這種渾濁的局面才逐步澄清，大地也漸漸變得暖和起來了。環境的改變，對於植物的進化起著決定性的作用。一種完全新穎的植物類型——被子植物，就是在這種形勢下誕生的。它一經出現，就非常迅速地在地球大陸上排擠裸子植物而大量地進行繁殖。對於植物來說，光的作用是一種非常有用的刺激劑。它不僅對於植物莖的大小、形狀、生長方向、生長程度以及莖上芽和分枝的產生能起到很大的影響，而且能以直接的光壓和輻射能，為植物的生長創造最適宜的條件，促使植物兩種最基本的生命活動過程——同化作用（光合作用）與蒸騰作用（水分的吸收和蒸發）順利的進行。植物生命和光的關係，還表現在其他的許多方面。如植物的開花時節，與光照的關係就很密切：為什麼鮮艷華麗的桃花，必須在春回大地、群營亂飛的清明時節開放？為什麼雅緻素淡的荷花和燦爛多嬌的蘭花，必須在炎熱的夏季開放？為什麼馥郁芬芳的桂花和瑰麗多姿的菊花，必須在秋高氣爽的中秋佳節開放？為什麼清香貞潔的梅花，必須在已是懸崖百丈冰的數九寒天開放？這種情形的出現除了和溫度、水、肥料等因素有密切的關係之外，有關的研究表明，在很大的程度上，光照的周期、光照的顏色對開花的時節，能起到決定性的作用。