闪烁在黑暗中的生物荧光

编译 方陵生

适应黑暗环境的一种生存机制

世界上有很多能发出生物荧光的生物，其中萤火虫是大家比较熟悉的一种。

萤火虫，在漆黑的暗夜里发出闪闪烁烁的黄绿色光芒

如果你是第一次看到萤火虫，想来一定会多看它两眼。在漆黑的夜里看到闪烁的黄绿色光芒，让人仿佛置身于一个奇妙无比的世界中。这种会发光的小虫似乎不属于地球，倒像是来自天外的神奇生物。

事实上，从欧洲到亚洲，萤火虫都是一种比较常见的生物。萤火虫是属于萤科的一种甲虫，有些雌虫没有翅膀，看起来就像幼虫。雌虫白天躲藏在地底下，夜晚爬到地面植物的根茎上，从肚腹处发出荧光，吸引从旁经过的雄虫。

在包括澳大利亚、新西兰和邻近的太平洋岛屿在内的一片区域，“会发光的小虫”指的是一种以真菌为食的小真菌蚋的幼虫。其中一些小真菌蚋是食肉动物，它们通过身体尾部的发光器官发出蓝绿色光芒来引诱猎物。小真菌蚋幼虫的生物荧光构成的奇特景观吸引着世界各地的游客，如新西兰的萤火虫洞穴就是观赏这种生物荧光的一处著名景点。

无论是在黑夜里的陆地上，还是在阳光难以穿透的深海区域，在黑暗处发出生物荧光是许多物种用来捕食或传递信息的一种非常重要的生存手段。世界上大多数发光生物都生活在海洋深处。据估计，发光生物中90%都生活在500～1000 米深的光线昏暗的海底。科学家认为，生物发光在海洋中比在陆地上更为普遍，是因为海洋物种比陆地物种进化得更早。生物发光在淡水环境中较少见，可能是因为这些栖息地发展较晚，生物多样性程度也较低。

纵观整个生物进化史，从萤火虫到真菌再到鱼类，生物荧光已经进化了很多次。科学家发现：在深海环境中，绝大多数的物种都是发光生物，其中，深海区域中80%以上的鱼类物种会发出生物荧光。显然，生物发光是海洋生物在进化过程中为适应黑暗的海底环境而进化出的一种必不可少的生存适应机制。

生物荧光是怎么产生的？

萤火鱿通过身体上许多微小的发光器官发出生物荧光

萤火鱿的发光器官中寄居着一种生物发光细菌——费氏弧菌

生物发光是分子水平上的发光机制，是自然界最迷人的现象之一。

发光生物通过体内的化学反应产生冷光，其中的关键分子是一种叫作lucifer 的荧光素，lucifer 在拉丁语中的意思是“光明使者”。

“荧光素”一词是在19 世纪由药理学家拉法尔·杜布瓦发明的。当时他在研究时钟甲虫和双壳类软体动物。发光生物能够发光，是因为荧光素在荧光素酶或光蛋白酶的催化作用下与氧发生反应。在这种化学反应中，电子被“激发”，从低能级跃迁到高能级，当荧光素放松到正常状态时，它就会释放光子而发光。不同的荧光生物体内含有不同类型的荧光素。

许多发光生物可以自己合成荧光素，如一种叫作“腰鞭毛虫”的微小海洋生物。每当夜晚降临，大群腰鞭毛虫就一起出现在海面上，海上就会亮起一大片忽明忽暗、闪烁的蓝色荧光。其他一些发光生物，有的从食物中吸收荧光素，有的通过与其他生物的共生关系获得荧光素。这些共生有机体之间在生物学上有十分密切的关系，它们通过这种共生关系或者双方都能够获益；或者只有一方获益，但对另一方无害；或者寄生的一方会给宿主造成伤害，但并不会置对方于死地。

例如，在夏威夷短尾乌贼的发光器官中寄居着一种生物发光细菌——费氏弧菌。费氏弧菌通过乌贼获得营养物质，作为回报则帮助宿主隐蔽身影，使乌贼与月光下的大海融为一体，因而不会因为在海床上投下身影而被捕食动物发现。

科学家最近发现，一种被称为“清道夫”的小型热带鱼进化出了一种特殊的能力：它们通过进食，从生物发光的介形动物猎物中获取化学物质，然后将其输送到自身的发光器官。这种特殊能力以前曾在蟾蜍鱼身上发现过，与毒箭蛙从猎物中摄取和储存毒素的能力和海蛞蝓摄取和储存叶绿体的能力相似。

科学家指出，对这种特性进化到底经历了多少中间步骤很难想象，但可以确定的是，生物荧光进化在鱼类身上已发生过多次。

发光生物是如何利用生物荧光的？

发光生物不仅能发出生物荧光，而且能吸收生物荧光。发光生物能够发出荧光是由于它们的皮肤或其他组织中的蛋白质能够从阳光中吸收能量，然后发出不同颜色的荧光。

生活在海洋或沙滩上的一些生物，通过身体特定部位发出的荧光进行捕食或交流。海洋深处的某些生物荧光可能没有特定的功能，而只是身体组织中发生的生物化学反应的副产品。

绿色和蓝色是海洋中最常见的生物荧光颜色，因为这些颜色的光波长较短，在水中的传播距离最远。许多海洋物种无法处理黄色、红色或紫色，这是因为这些颜色的波长较长。红色生物荧光在海洋世界中相对罕见，但有些鱼正是利用了这一点给自己带来益处。

深海龙鱼就是一种能够发出红色生物荧光的海洋生物，这种特别的荧光可以帮助深海龙鱼照亮并跟踪猎物而又不被对方发现。深海龙鱼利用自己巨大的颚，张开大嘴，用锋利的牙齿将猎物杀死。

红色荧光对夜间出没在陆地上的发光生物也很有用。一种叫作“苹果实蝇”的甲虫，能够在黑暗中发出红色的生物荧光。这就好比给它们装备了夜视镜，让它们能够在夜晚的森林地面上潜行，伏击毫无防备的猎物。

许多生物都会利用生物荧光来抵御捕食者。水母经常会采用这种策略，比如：有些水母发出耀眼的生物荧光吓跑捕食者；另一些水母将闪烁的发光粒子释放到海里作为诱饵；还有一些水母在危急时刻甚至会牺牲掉自己身体上发光的某个部分（如发出生物光的触须），以分散捕食者的注意力，自己趁机逃离。有些生物甚至会产生发光的黏液，粘在捕食动物身上，使捕食者丧失攻击力。

利用生物发光来逃避捕食者追捕的还有许多其他海洋生物，比如：鞭毛藻发光时，会引来捕食者的天敌，鞭毛藻就可借机逃离；一些鳞片虫、蛇尾海星和海参在面临生死危机时，会放弃某个会发光的身体部件；某些种类的虾和鱿鱼在快速逃离时，会喷射出一团发出微弱闪光的黑水，掩护自己逃跑。

栉水母发出荧光来抵御捕食者

海底美丽的发光水母

一些深海生物，如海鳃，通过发出生物荧光来吓退捕食动物

会发出生物荧光的不仅是萤火虫和海洋生物，一些真菌也会利用生物荧光来吸引昆虫，其目的不是捕猎，而是利用昆虫将真菌孢子传播到森林中更多隐蔽处的地面上。动物王国中其他“散播种子”的方法还包括会发光的呕吐物。

介形虫是微小的甲壳类动物，有一种通常被称为“夜光藻虾”或“海萤”的，在世界各地的海洋和淡水环境中都能找到它们。雄性介形虫通过吐出一团发光的黏液来吸引配偶。各种介形类动物会吐出形态各异的黏液，有的呈螺旋形，有的呈之字形等。

萤火虫是发光生物中最有名的，它们不属于蝇类，而是七鳃鳗科的一种甲虫，许多种类的萤火虫都能产生生物荧光。生物学家认为，它们是通过调节进入发光器官的氧气量来控制从腹部发出的光线强弱的。每到夜晚，雄虫通过一闪一闪的荧光向雌虫发出求偶信号，雌虫也会适时发出一连串的闪光做出回应。每只萤火虫的闪光模式都不同，所以它们通常不会找错对象。

然而，光污染正在破坏萤火虫的这种交配仪式。2019 年发表的一篇研究报告指出，萤火虫的生物发光求偶行为受到人造光的严重影响。所以，晚上请注意熄灯，不要打扰这些小生物的安宁。

目前，科学家使用生物荧光作为分子生物学的革命性工具。绿色荧光蛋白（GFP）天然存在于水晶水母体内，科学家将这种发出亮绿色的绿色荧光蛋白的基因插入细胞，可应用于各种生物医学研究中。

黑暗中发光的哺乳动物

哪些哺乳动物可以发出荧光？

20 世纪80 年代，当人们用紫外线照射博物馆中北美负鼠的标本时发现，它们的腹部毛皮发出粉色光，这是生物荧光在哺乳动物中的首次记录。这些物种都在夜间活动，因此它们的发光能力有可能与弱光下的交流或伪装有关。2019 年，人们又在北美的三种夜行性飞鼠身上发现了发粉色光的现象。

我们还会发现更多发光的哺乳动物吗？

2020 年10 月，美国研究人员发现，鸭嘴兽在紫外线下会发出蓝绿色光。与之前一样，学者们也是在检查其皮肤标本时偶然发现这一点的。紧接着，西澳大利亚博物馆研究人员开始检查自己的收藏，结果发现袋熊在紫外线下也会发光。这不仅展示了博物馆藏品的研究价值，也让我们对发现更多能发出生物荧光的哺乳动物充满期待。

负鼠的腹部毛皮发出粉色光

鸭嘴兽在紫外线下会发出蓝绿色光

袋熊在紫外线下也会发光