生物發光

在生物世界裏説到發光，人們首先會想到螢火蟲，但除了這種昆蟲外還有許多生物也能發光，如一些生活在深海里的魚類，光是一種謀生的手段。夜晚常在近海作業的漁民甚至是長住海邊的人經常能看到海面上有光帶，這是一些藻類發出的，當它們受到驚擾時或者是在大量繁殖時，似乎海洋都開始燃燒了起來。晚上在海灘上戲耍的孩子們能從海灘上找到沙蠶，這也是一種能發光的動物，除此之外，能發光的還有水母、珊瑚、某些貝類和蠕蟲等。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後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着生物學上的意義還是個謎，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後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。有必要説一下，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。

自然界 ^[1]  具有發光能力的有機體種類繁多。一些細菌和高等真菌有發光現象。動物界25個門中，就有13個門28個綱的動物具有發光現象，從最簡單的原生動物到低等脊椎動物中都有發光動物，如鞭毛蟲、海綿、水螅、海生蠕蟲、海蜘蛛和魚等。動物的發光，除其自身發光即一次的發光以外，由寄生或共生而產生二次發光的例子也不少。不同生物體的發光顏色不盡一致，多數發射藍光或綠光，少數發射黃光或紅光。

螢火蟲發光細胞中含有熒光素、熒光素酶兩種發光物質。它們與ATP（三磷酸腺苷）及氧一起反應，在氧與熒光素結合時發生電子轉移同時發生能量的變化釋放出熒光光子而發光。

這類發光過程包括加氧、激發與轉移，如海螢的發光：它在自身分開的腺體中分別合成熒光素和熒光素酶，當把兩者同時噴進水裏時就會在水中反應而發光。波長460納米，光色為藍色。

它的反應機制與前三種不同。底物在催化循環中會形成還原型核黃素磷酸鹽和醛化合物，當遇到熒光素酶和氧時，就會形成一種激發的絡合物。絡合物斷裂時生成氧化核黃素磷酸鹽、酸、水及一個光子，波長470～505納米，光為藍綠色。

包括刺絲胞亞門和櫛水母亞門。這種類型發光具有各種不同的活化反應。亞門和綱不同，活化反應與激發特性也不同。此類發光還可以從一個發光種傳遞激發態能量給另一個發光種，即有敏化生物發光現象。這種發光可發出不同顏色的光，較多地偏向紅色，波長480～490納米。

包括海筍屬、蚯蚓屬及柱頭蟲屬等。這類發光包括兩個過程，蟲熒光素與氧或過氧化物單獨或兩者作用後先生成超氧陰離子（自由基），然後再激發。

已發現人體的體表也能發光，至於它的機理還不清楚。日本的研究者發現人體會發光。人的身體所發的光比肉眼能見的低1000倍。人體光在一天內會有周期性波動,這使我們在下午時候最閃亮(人們嘴部附近的皮膚也是在這個時候最亮)而在晚上的時候最黯淡。

生物發光現象還啓發人類從工程角度研究、模擬這種發光效率極高而產熱量極少的熒光現象，新一代冷光源的研製就是一例。

在應用方面，如軍事上觀察海洋動物發光的突然爆發，可以判別水下軍事設施及其他各種敵對目的物。生化分析中，利用蟲熒光素與蟲熒光酶加在一起遇到ATP就會發出熒光，而且發光強度正比於ATP濃度的現象，可以檢測樣品中ATP的含量。利用光蛋白與Ca反應極其靈敏的特性，可以測出小於10^-13摩爾的Ca含量。因而這種方法用在Ca超微量分析中。

生物發光是一種令人着迷的現象，同時也是很多小型海洋動物的防衞機制，其中包括深海水母、無磷黑海蛾魚、磷蝦、魷魚以及浮游蟲。發光到底被充當一種偽裝、一種警告體型較大捕食者“離我遠點”的信號還是用於其他目的，科學家尚沒有完全瞭解。最近幾年，研究人員正逐漸揭開其中的玄機。

2008年，兩名研究員憑藉在綠色熒光蛋白研究方面取得的成就獲得諾貝爾化學獎。這種蛋白能夠在紫外光照射下發出綠光。在發光水晶水母體內發現的綠色熒光蛋白會讓水母在焦躁不安時變成綠色。數百年來，綠色熒光蛋白一直就是水母以及其他深海動物生存的一件法寶。在未來，它們甚至可以成為人類的一種防衞機制，尤其是在對抗癌症方面。 ^[2] 

生物發光的生物學意義主要是有助於獵食者捕食其他生物、被捕捉動物逃避捕食者以及同種屬動物的不同個體間信息的交換。