編譯 方陵生

適應(yīng)黑暗環(huán)境的一種生存機制

世界上有很多能發(fā)出生物熒光的生物，其中螢火蟲是大家比較熟悉的一種。

螢火蟲，在漆黑的暗夜里發(fā)出閃閃爍爍的黃綠色光芒

如果你是第一次看到螢火蟲，想來一定會多看它兩眼。在漆黑的夜里看到閃爍的黃綠色光芒，讓人仿佛置身于一個奇妙無比的世界中。這種會發(fā)光的小蟲似乎不屬于地球，倒像是來自天外的神奇生物。

事實上，從歐洲到亞洲，螢火蟲都是一種比較常見的生物。螢火蟲是屬于螢科的一種甲蟲，有些雌蟲沒有翅膀，看起來就像幼蟲。雌蟲白天躲藏在地底下，夜晚爬到地面植物的根莖上，從肚腹處發(fā)出熒光，吸引從旁經(jīng)過的雄蟲。

在包括澳大利亞、新西蘭和鄰近的太平洋島嶼在內(nèi)的一片區(qū)域，“會發(fā)光的小蟲”指的是一種以真菌為食的小真菌蚋的幼蟲。其中一些小真菌蚋是食肉動物，它們通過身體尾部的發(fā)光器官發(fā)出藍綠色光芒來引誘獵物。小真菌蚋幼蟲的生物熒光構(gòu)成的奇特景觀吸引著世界各地的游客，如新西蘭的螢火蟲洞穴就是觀賞這種生物熒光的一處著名景點。

無論是在黑夜里的陸地上，還是在陽光難以穿透的深海區(qū)域，在黑暗處發(fā)出生物熒光是許多物種用來捕食或傳遞信息的一種非常重要的生存手段。世界上大多數(shù)發(fā)光生物都生活在海洋深處。據(jù)估計，發(fā)光生物中90%都生活在500～1000 米深的光線昏暗的海底?？茖W(xué)家認(rèn)為，生物發(fā)光在海洋中比在陸地上更為普遍，是因為海洋物種比陸地物種進化得更早。生物發(fā)光在淡水環(huán)境中較少見，可能是因為這些棲息地發(fā)展較晚，生物多樣性程度也較低。

縱觀整個生物進化史，從螢火蟲到真菌再到魚類，生物熒光已經(jīng)進化了很多次?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)：在深海環(huán)境中，絕大多數(shù)的物種都是發(fā)光生物，其中，深海區(qū)域中80%以上的魚類物種會發(fā)出生物熒光。顯然，生物發(fā)光是海洋生物在進化過程中為適應(yīng)黑暗的海底環(huán)境而進化出的一種必不可少的生存適應(yīng)機制。

生物熒光是怎么產(chǎn)生的？

螢火魷通過身體上許多微小的發(fā)光器官發(fā)出生物熒光

螢火魷的發(fā)光器官中寄居著一種生物發(fā)光細菌——費氏弧菌

生物發(fā)光是分子水平上的發(fā)光機制，是自然界最迷人的現(xiàn)象之一。

發(fā)光生物通過體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生冷光，其中的關(guān)鍵分子是一種叫作lucifer 的熒光素，lucifer 在拉丁語中的意思是“光明使者”。

“熒光素”一詞是在19 世紀(jì)由藥理學(xué)家拉法爾·杜布瓦發(fā)明的。當(dāng)時他在研究時鐘甲蟲和雙殼類軟體動物。發(fā)光生物能夠發(fā)光，是因為熒光素在熒光素酶或光蛋白酶的催化作用下與氧發(fā)生反應(yīng)。在這種化學(xué)反應(yīng)中，電子被“激發(fā)”，從低能級躍遷到高能級，當(dāng)熒光素放松到正常狀態(tài)時，它就會釋放光子而發(fā)光。不同的熒光生物體內(nèi)含有不同類型的熒光素。

許多發(fā)光生物可以自己合成熒光素，如一種叫作“腰鞭毛蟲”的微小海洋生物。每當(dāng)夜晚降臨，大群腰鞭毛蟲就一起出現(xiàn)在海面上，海上就會亮起一大片忽明忽暗、閃爍的藍色熒光。其他一些發(fā)光生物，有的從食物中吸收熒光素，有的通過與其他生物的共生關(guān)系獲得熒光素。這些共生有機體之間在生物學(xué)上有十分密切的關(guān)系，它們通過這種共生關(guān)系或者雙方都能夠獲益；或者只有一方獲益，但對另一方無害；或者寄生的一方會給宿主造成傷害，但并不會置對方于死地。

例如，在夏威夷短尾烏賊的發(fā)光器官中寄居著一種生物發(fā)光細菌——費氏弧菌。費氏弧菌通過烏賊獲得營養(yǎng)物質(zhì)，作為回報則幫助宿主隱蔽身影，使烏賊與月光下的大海融為一體，因而不會因為在海床上投下身影而被捕食動物發(fā)現(xiàn)。

科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)，一種被稱為“清道夫”的小型熱帶魚進化出了一種特殊的能力：它們通過進食，從生物發(fā)光的介形動物獵物中獲取化學(xué)物質(zhì)，然后將其輸送到自身的發(fā)光器官。這種特殊能力以前曾在蟾蜍魚身上發(fā)現(xiàn)過，與毒箭蛙從獵物中攝取和儲存毒素的能力和海蛞蝓攝取和儲存葉綠體的能力相似。

科學(xué)家指出，對這種特性進化到底經(jīng)歷了多少中間步驟很難想象，但可以確定的是，生物熒光進化在魚類身上已發(fā)生過多次。

發(fā)光生物是如何利用生物熒光的？

發(fā)光生物不僅能發(fā)出生物熒光，而且能吸收生物熒光。發(fā)光生物能夠發(fā)出熒光是由于它們的皮膚或其他組織中的蛋白質(zhì)能夠從陽光中吸收能量，然后發(fā)出不同顏色的熒光。

生活在海洋或沙灘上的一些生物，通過身體特定部位發(fā)出的熒光進行捕食或交流。海洋深處的某些生物熒光可能沒有特定的功能，而只是身體組織中發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)品。

綠色和藍色是海洋中最常見的生物熒光顏色，因為這些顏色的光波長較短，在水中的傳播距離最遠。許多海洋物種無法處理黃色、紅色或紫色，這是因為這些顏色的波長較長。紅色生物熒光在海洋世界中相對罕見，但有些魚正是利用了這一點給自己帶來益處。

深海龍魚就是一種能夠發(fā)出紅色生物熒光的海洋生物，這種特別的熒光可以幫助深海龍魚照亮并跟蹤獵物而又不被對方發(fā)現(xiàn)。深海龍魚利用自己巨大的顎，張開大嘴，用鋒利的牙齒將獵物殺死。

紅色熒光對夜間出沒在陸地上的發(fā)光生物也很有用。一種叫作“蘋果實蠅”的甲蟲，能夠在黑暗中發(fā)出紅色的生物熒光。這就好比給它們裝備了夜視鏡，讓它們能夠在夜晚的森林地面上潛行，伏擊毫無防備的獵物。

許多生物都會利用生物熒光來抵御捕食者。水母經(jīng)常會采用這種策略，比如：有些水母發(fā)出耀眼的生物熒光嚇跑捕食者；另一些水母將閃爍的發(fā)光粒子釋放到海里作為誘餌；還有一些水母在危急時刻甚至?xí)奚糇约荷眢w上發(fā)光的某個部分（如發(fā)出生物光的觸須），以分散捕食者的注意力，自己趁機逃離。有些生物甚至?xí)a(chǎn)生發(fā)光的黏液，粘在捕食動物身上，使捕食者喪失攻擊力。

利用生物發(fā)光來逃避捕食者追捕的還有許多其他海洋生物，比如：鞭毛藻發(fā)光時，會引來捕食者的天敵，鞭毛藻就可借機逃離；一些鱗片蟲、蛇尾海星和海參在面臨生死危機時，會放棄某個會發(fā)光的身體部件；某些種類的蝦和魷魚在快速逃離時，會噴射出一團發(fā)出微弱閃光的黑水，掩護自己逃跑。

櫛水母發(fā)出熒光來抵御捕食者

海底美麗的發(fā)光水母

一些深海生物，如海鰓，通過發(fā)出生物熒光來嚇退捕食動物

會發(fā)出生物熒光的不僅是螢火蟲和海洋生物，一些真菌也會利用生物熒光來吸引昆蟲，其目的不是捕獵，而是利用昆蟲將真菌孢子傳播到森林中更多隱蔽處的地面上。動物王國中其他“散播種子”的方法還包括會發(fā)光的嘔吐物。

介形蟲是微小的甲殼類動物，有一種通常被稱為“夜光藻蝦”或“海螢”的，在世界各地的海洋和淡水環(huán)境中都能找到它們。雄性介形蟲通過吐出一團發(fā)光的黏液來吸引配偶。各種介形類動物會吐出形態(tài)各異的黏液，有的呈螺旋形，有的呈之字形等。

螢火蟲是發(fā)光生物中最有名的，它們不屬于蠅類，而是七鰓鰻科的一種甲蟲，許多種類的螢火蟲都能產(chǎn)生生物熒光。生物學(xué)家認(rèn)為，它們是通過調(diào)節(jié)進入發(fā)光器官的氧氣量來控制從腹部發(fā)出的光線強弱的。每到夜晚，雄蟲通過一閃一閃的熒光向雌蟲發(fā)出求偶信號，雌蟲也會適時發(fā)出一連串的閃光做出回應(yīng)。每只螢火蟲的閃光模式都不同，所以它們通常不會找錯對象。

然而，光污染正在破壞螢火蟲的這種交配儀式。2019 年發(fā)表的一篇研究報告指出，螢火蟲的生物發(fā)光求偶行為受到人造光的嚴(yán)重影響。所以，晚上請注意熄燈，不要打擾這些小生物的安寧。

目前，科學(xué)家使用生物熒光作為分子生物學(xué)的革命性工具。綠色熒光蛋白（GFP）天然存在于水晶水母體內(nèi)，科學(xué)家將這種發(fā)出亮綠色的綠色熒光蛋白的基因插入細胞，可應(yīng)用于各種生物醫(yī)學(xué)研究中。

黑暗中發(fā)光的哺乳動物

哪些哺乳動物可以發(fā)出熒光？

20 世紀(jì)80 年代，當(dāng)人們用紫外線照射博物館中北美負鼠的標(biāo)本時發(fā)現(xiàn)，它們的腹部毛皮發(fā)出粉色光，這是生物熒光在哺乳動物中的首次記錄。這些物種都在夜間活動，因此它們的發(fā)光能力有可能與弱光下的交流或偽裝有關(guān)。2019 年，人們又在北美的三種夜行性飛鼠身上發(fā)現(xiàn)了發(fā)粉色光的現(xiàn)象。

我們還會發(fā)現(xiàn)更多發(fā)光的哺乳動物嗎？

2020 年10 月，美國研究人員發(fā)現(xiàn)，鴨嘴獸在紫外線下會發(fā)出藍綠色光。與之前一樣，學(xué)者們也是在檢查其皮膚標(biāo)本時偶然發(fā)現(xiàn)這一點的。緊接著，西澳大利亞博物館研究人員開始檢查自己的收藏，結(jié)果發(fā)現(xiàn)袋熊在紫外線下也會發(fā)光。這不僅展示了博物館藏品的研究價值，也讓我們對發(fā)現(xiàn)更多能發(fā)出生物熒光的哺乳動物充滿期待。

負鼠的腹部毛皮發(fā)出粉色光

鴨嘴獸在紫外線下會發(fā)出藍綠色光

袋熊在紫外線下也會發(fā)光