海底的奇麗光芒

在漆黑冰冷的海底，無(wú)數(shù)的發(fā)光生物如繁星閃爍，讓死寂的世界頓生活力。它們?yōu)槭裁茨苌l(fā)不同顏色的光芒?它們發(fā)光的目的是什么?研究海洋發(fā)光生物有何意義?

地球所以瑰麗是因?yàn)樗鼡碛泻棋暮Ｑ?。海洋所以神秘是因?yàn)樗屑姺鄙铄涞氖澜纭?/p>

人類對(duì)海洋的了解還不如對(duì)月球了解的多。有科學(xué)家斷言：如果將人類探索外太空領(lǐng)域的經(jīng)費(fèi)完全用于研究海洋，一定會(huì)給我們的生活帶來(lái)質(zhì)的飛躍。僅以海面以下220～1000米中層海洋為例，那里存在著地球上最豐富的生態(tài)系統(tǒng)，其間的生物數(shù)量比陸地上生物總量還多，而我們已知的還不足5％。因?yàn)樽陨砟軌虬l(fā)光展示，所以科學(xué)家最早對(duì)發(fā)光生物產(chǎn)生了興趣。

是信息也是武器

中層海域的生物大多數(shù)都會(huì)發(fā)光，而且發(fā)光的形式千差萬(wàn)別，異彩紛呈。它們通過(guò)發(fā)出迷惑性的閃光、脈沖、微光、逐漸擴(kuò)散的光環(huán)、持續(xù)穩(wěn)定的光亮和猛然射出光點(diǎn)來(lái)偽裝自己。一些光點(diǎn)非常弱小，如鞭毛蟲(chóng)發(fā)出的光只有1‰瓦特，持續(xù)時(shí)間只有1／10秒。而一些水母所發(fā)出的藍(lán)色光環(huán)可以傳播1千米甚至更遠(yuǎn)的地方。一些發(fā)光魚用自身特殊的發(fā)光裝置照明，或引誘獵物，迷惑敵人。當(dāng)然，福禍相倚，利害并存，發(fā)光也會(huì)暴露自己的目標(biāo)，成為人家的美餐。

由于進(jìn)化的原因，大多數(shù)生物只能發(fā)出藍(lán)綠色光，極少生物可以發(fā)出紅色光?？墒呛６牯~不但能夠看到紅色光，而且能夠通過(guò)其眼睛下方的器官發(fā)出紅色光，照亮獵物或與同類取得聯(lián)系。它的這個(gè)器官就像是手電和紅外瞄準(zhǔn)器。只有芝麻大小的海螢火蟲(chóng)能夠噴射閃亮的光點(diǎn)，光點(diǎn)懸浮在水中，它接連噴射，使大小一致的光點(diǎn)排列成一條亮線，有點(diǎn)像節(jié)日里焰火下落的樣子。別以為它是在玩耍，其實(shí)這正是海螢火蟲(chóng)求偶的信號(hào)。有意交配的雌性會(huì)游至光點(diǎn)的頂部，與其成就好事。肉眼剛能見(jiàn)到的這種微小生物，居然身懷如此絕技，不能不令人嘆為觀止。

有一種能發(fā)出強(qiáng)光的魚形狀酷似亞馬孫流域的食人魚，它的光是從鰓后的一根管子迸射出來(lái)，而且總是在危險(xiǎn)臨近的一剎那，它會(huì)恰到好處地照向敵人的臉，那強(qiáng)度足以使對(duì)方立刻喪失視覺(jué)。比較而言，烏賊魚施放的墨汁實(shí)在是太小的伎倆了。

只要是光，它的科學(xué)道理是一樣的：原子核外部處于低能級(jí)上電子得到足夠能量時(shí)，會(huì)遷移到更高能級(jí)的軌道上旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電子從高能級(jí)軌道躍遷到較低能級(jí)軌道時(shí)，便以光子的形式釋放一些能量。在生物發(fā)光現(xiàn)象中，電子通過(guò)兩種化學(xué)物質(zhì)的協(xié)同作用得到推動(dòng)，一種叫蟲(chóng)熒光素酶，由它刺激另一種化學(xué)物質(zhì)——蟲(chóng)熒光素，并使其發(fā)生氧化，推動(dòng)電子遷移至更高能級(jí)的軌道，處于高能級(jí)軌道上的電子通常不太穩(wěn)定，當(dāng)它躍遷回低能級(jí)軌道時(shí)釋放光子而發(fā)光。所有的生物發(fā)光道理大體如此，概莫能外。

艱難探測(cè)

我們所以對(duì)大海知之甚少，就是因?yàn)樘綔y(cè)艱難，不能親眼所見(jiàn)就不能輕易得出結(jié)論。發(fā)光生物的敏感詭秘，探測(cè)起來(lái)就更是難上加難了。

在海洋科學(xué)考察領(lǐng)域有一個(gè)怪現(xiàn)象：獲取標(biāo)本的工具在一兩千年內(nèi)沒(méi)有什么變化，就是用拖網(wǎng)往上拽?？刹皇鞘裁礀|西都能拽上來(lái)的，那些行動(dòng)敏捷，形狀微小的生物，拖網(wǎng)是無(wú)論如何也撈不上來(lái)的。對(duì)發(fā)光生物而言，用拖網(wǎng)就如大海里撈針。

美國(guó)佛羅里達(dá)哈博布朗奇海洋學(xué)院的生物發(fā)光專家、該項(xiàng)研究的世界一流科學(xué)家伊迪思·偉特是世界探測(cè)到發(fā)光生物數(shù)量最多的科學(xué)家，尤其在探測(cè)手段方面做出了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。

以往，有人嘗試將傳感器和攝影機(jī)置于密閉的透明容器中放入海底，測(cè)定水中的光亮度?？墒?，由于考察船的晃動(dòng)引起水中儀器上下移動(dòng)，結(jié)果使生物受到驚嚇、刺激，其生理活動(dòng)發(fā)生變化，使探測(cè)獲得數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。

因?yàn)榕c軍方的合作有嚴(yán)格的時(shí)間約定，一旦違約是要負(fù)法律責(zé)任的。急中生智，偉特從倉(cāng)庫(kù)找來(lái)網(wǎng)線，纏在一個(gè)金屬圈上，將其固定于深?？瓶紳撏?，讓潛艇上的攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)面……就是用這種辦法，偉特獲得了充分的一手資料，精確計(jì)算出特定海域的每立方米海水中所含的發(fā)光生物數(shù)目。

后來(lái)偉特與她的研究小組用半年時(shí)間研制出一臺(tái)“大容量限制性刺激深海光度計(jì)”。該儀器在海底能以每秒20升海水和浮游生物泵入一個(gè)堅(jiān)固的輕型采水箱，這個(gè)水箱容積很大，可以獲取速度很快的生物，并使它們?cè)谙鋬?nèi)停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以便讓光纖拍攝儀器記錄和測(cè)定某個(gè)生物所發(fā)出的光。他們以每升海水中所含有的光子數(shù)目來(lái)計(jì)算生物光的大小、持續(xù)時(shí)間和光的亮度，是目前檢測(cè)海洋發(fā)光生物最有效的方法之一。

偉特早在讀研究生時(shí)就通過(guò)對(duì)腰鞭毛蟲(chóng)的研究，得出了生物的第一次發(fā)光最明亮，并摸索出記錄發(fā)光生物發(fā)光頻率的最佳方式，在生物發(fā)光研究領(lǐng)域確立了自己的重要地位。美國(guó)海軍的全部生物發(fā)光數(shù)據(jù)庫(kù)，就是與她合作的產(chǎn)物。

軍事應(yīng)用在先

以往人們認(rèn)為美國(guó)科學(xué)界的習(xí)慣做法，是將自己的最新成果提供給軍方優(yōu)先使用。其實(shí)這是誤解，積極主動(dòng)的一方不是科學(xué)家而是軍方。美國(guó)國(guó)防部有專門的機(jī)構(gòu)整天關(guān)注著前沿科技的最新進(jìn)展，只要與軍事有關(guān)聯(lián)的研究他們便會(huì)立即找上門提供贊助支持，條件就是優(yōu)先使用。這也是美國(guó)軍事領(lǐng)先其他國(guó)家的一個(gè)重要原因。

海洋中任何動(dòng)靜，小到潛水員、魚雷，大到潛艇、登陸艦都會(huì)刺激浮游生物發(fā)光。如果在某處海底安裝檢測(cè)儀器，根據(jù)浮游生物發(fā)光變化規(guī)律，就能比雷達(dá)還靈敏地獲得軍事情報(bào)。實(shí)踐證明，撇開(kāi)所有科學(xué)設(shè)施，單靠發(fā)光生物的變化，就可以及時(shí)追蹤到在大西洋游弋的不同國(guó)籍的潛艇。航空母艦的艦載機(jī)駕駛員在執(zhí)行完任務(wù)后，如果通訊儀器發(fā)生故障找不到航母，可以通過(guò)跟蹤航母留下的生物發(fā)光痕跡，輕松找到航母。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)為了避免生物發(fā)光可能招致的行蹤暴露，不得不數(shù)次改變自己的登陸地點(diǎn)。

此次軍方與偉特的合作，主要是希望通過(guò)偉特的最新成果，為軍方畫出世界范圍生物發(fā)光的區(qū)域位置、數(shù)量和季節(jié)性變化情況。在使用潛水艇和實(shí)施夜間行動(dòng)的軍事領(lǐng)域，及時(shí)準(zhǔn)確獲得這些情報(bào)非常重要。

最新發(fā)現(xiàn)

原來(lái)科學(xué)家認(rèn)為大海只有壓力、溫度和亮度的區(qū)別，可是它們對(duì)海洋生物的具體影響卻不十分清楚。通過(guò)對(duì)發(fā)光生物的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)海洋有著深度組織結(jié)構(gòu)和階層差異。以微小的甲殼類動(dòng)物和橈足動(dòng)物為例，它們一般聚集在保持一定鹽度和溫度的水域，并在那里覓食，進(jìn)而使一些以它們?yōu)槭车聂~類也經(jīng)常光顧這一深度的海域，并逐漸適應(yīng)了這里的一切。

伊迪思·偉特一直想從發(fā)光生物的生理上找出它們發(fā)光的原因，可是難度相當(dāng)大，原因是還不能真正在原始的狀態(tài)下接近它們。偉特發(fā)現(xiàn)，根據(jù)海洋生物所發(fā)出光的類型和持續(xù)時(shí)間，就可以辨別許多生物，比如水母，它在黑暗中可能呈現(xiàn)出一個(gè)明亮的圓環(huán)，但圓環(huán)亮度和持續(xù)時(shí)間會(huì)隨外界環(huán)境的變化有不同的變化。例如，水母彼此聯(lián)系時(shí)，光環(huán)一般顯得暗淡而有節(jié)奏；在遇到危險(xiǎn)或是污染嚴(yán)重時(shí)，光環(huán)就顯得明亮而急促，毫無(wú)疑問(wèn)這是在警告天敵和同類。水母這種地球上最原始的生物竟有如此的智慧，一時(shí)間引起很多生物學(xué)家的極大興趣，他們高度贊揚(yáng)偉特的發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)在，偉特還在為如何獲得發(fā)光生物最真實(shí)的情況而苦惱。以前雖然取得了一定的成就，可是偉特認(rèn)為那還僅僅是表面化的東西，人類唯有在完全沒(méi)有被它們察覺(jué)的情況，才能進(jìn)入發(fā)光生物的未知世界，真正弄清它們每一次發(fā)光的具體用意。偉特已經(jīng)用了10年時(shí)間，仍舊沒(méi)有解決這個(gè)難題。

不久前，在被命名為“海眼”的實(shí)驗(yàn)中，他們已經(jīng)接近了“真正的未知世界”，來(lái)自海底的照片顯示，儀器發(fā)出的光沒(méi)有使發(fā)光的“幽靈們”受到驚嚇。但將所有的照片拼接到一塊分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)光“幽靈們”還是或多或少受到了儀器光線的干擾，因?yàn)樗鼈儙缀踉谕瑫r(shí)改變了自己的游動(dòng)方向，并且一起發(fā)出異樣的光芒。

偉特稱這種光是世界上最奇麗的光芒，遺憾的是我們對(duì)它還知之甚少，所以它就更顯得神秘詭異。