銀燭秋光，扇撲流螢

是的，在生物世界里說到發(fā)光，人們首先會(huì)想到螢火蟲。然而，除了這種昆蟲外還有許多生物也能發(fā)光，如對(duì)一些生活在深海里的魚類來說，發(fā)光是一種謀生的手段。夜晚常在近海作業(yè)的漁民以及常住海邊的人經(jīng)常能看到海面上有光帶，這是一些藻類發(fā)出的，當(dāng)它們受到驚擾或是大量繁殖時(shí)，似乎海洋都被燃燒了起來。晚上在海灘上戲耍的孩童能在海灘上找到沙蠶，這也是一種能發(fā)光的動(dòng)物。除此之外，能發(fā)光的還有水母、珊瑚、某些貝類和蠕蟲等等。

人們發(fā)現(xiàn)，不同的生物會(huì)發(fā)出不同顏色的光來：所有的植物被陽光照射時(shí)都會(huì)發(fā)出一種很暗淡的紅光，微生物一般都會(huì)發(fā)出淡淡的藍(lán)光或者綠光，某些昆蟲會(huì)發(fā)黃光。仔細(xì)劃分一下，生物的發(fā)光可分為兩類：一類是被動(dòng)發(fā)光，如植物，那些微弱的紅光不過是沒能參與光合作用的多余的光，這種光對(duì)植物是否有著生物學(xué)上的意義目前還是個(gè)謎，但一般的看法是這種光無意義，就像涂有熒光物質(zhì)的材料經(jīng)強(qiáng)光照射后發(fā)光那樣；另一類是主動(dòng)發(fā)光，盡管有一些發(fā)光的意義目前還未被全部認(rèn)識(shí)清楚，但有一點(diǎn)是可以肯定的——絕大多數(shù)主動(dòng)發(fā)光生物的這種發(fā)光是有用途的。

光是一種能量，主動(dòng)發(fā)光是對(duì)能量的一種消耗。生物的生存策略有一個(gè)最基本的共同點(diǎn)，那就是在維持生命的正常活動(dòng)中最大限度地節(jié)省能量，因此主動(dòng)發(fā)光必定是這些生物生存的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。有必要說一下，有些動(dòng)物本身并不會(huì)發(fā)光，但在共生的環(huán)境中它們會(huì)利用發(fā)光細(xì)菌的光為自己服務(wù)，下面舉例時(shí)我們會(huì)提到這一點(diǎn)。

發(fā)光，是一種生物行為，具體地說就是一種生物通訊。下面我們來看看主動(dòng)發(fā)光對(duì)發(fā)光生物都有些什么用途。

人們首先會(huì)因螢火蟲想到發(fā)光是動(dòng)物的求偶行為。雌性螢火蟲發(fā)出微弱的光蟄伏在草叢中，雄蟲發(fā)現(xiàn)后會(huì)用一種興奮的明亮閃光來示好，然后等待雌蟲發(fā)光的變化以確定自己有多大成功的把握。

警告也是光的一種用途。眾所周知，很多種動(dòng)物都有自己食物來源的一個(gè)區(qū)域，這種秩序建立在同種生物自然默契的基礎(chǔ)上。為了不使矛盾激化，動(dòng)物們通常會(huì)有一套警告的方法行為，如較深海底處的某些發(fā)光魚類。

深海中有一種名叫鮟鱇的魚，它的頭頂有一個(gè)發(fā)光器，這是用來迷惑一些從它身旁經(jīng)過的小動(dòng)物的。如果某個(gè)動(dòng)物有太強(qiáng)的好奇心的話，那么這種抵抗不了誘惑的惡習(xí)極有可能讓它成為鮟鱇的口中之鬼。這種發(fā)光屬于取食行為中的一種。有趣的是，鮟鱇自己并不會(huì)發(fā)光，但它頭頂?shù)哪莻€(gè)突出物能給一種發(fā)光的細(xì)菌提供生存環(huán)境，細(xì)菌得到了一個(gè)穩(wěn)定的生活來源，而鮟鱇則利用它們發(fā)出的光來吸引小動(dòng)物。

1885年，杜堡伊斯指出螢火蟲的發(fā)光是一種化學(xué)反應(yīng)，后來，科學(xué)家們又得到了熒光素酶的基因。經(jīng)過科學(xué)家的研究，螢火蟲的發(fā)光原理已被完全弄清楚了。我們知道，化學(xué)發(fā)光的物質(zhì)有兩種能態(tài)，即基態(tài)和激發(fā)態(tài)，前者能級(jí)低而后者能級(jí)很高。一般來說，在激發(fā)態(tài)時(shí)分子有很高并且不穩(wěn)定的能量，它們很容易釋放能量重新回到基態(tài)；當(dāng)能量以光子形式釋放時(shí)，我們就看到了生物發(fā)光。但是，如果我們企圖使一個(gè)物體發(fā)光只需要給它足夠的能量讓它從基態(tài)變成激發(fā)態(tài)就行了，而生物發(fā)光則需要生物體內(nèi)的酶來參與。生物體內(nèi)的酶是一種高效催化劑，它能以消耗最少的方式促使發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而給發(fā)光物質(zhì)提供能量。在螢火蟲體內(nèi)，三磷腺酸苷(ATP)水解產(chǎn)生的能量使得熒光素發(fā)生氧化反應(yīng)，從而每分解一個(gè)ATP就會(huì)有一個(gè)光子產(chǎn)生，從而發(fā)出光來。目前已知，絕大多數(shù)的生物發(fā)光機(jī)制是這種模式。但在發(fā)光的腔腸動(dòng)物那里，熒光素則換成了光蛋白，(如常見發(fā)光水母的綠熒光蛋白)，這些光蛋白是通過與鈣或鐵離子結(jié)合發(fā)生反應(yīng)，從而發(fā)出光的。

上面我們說到生物主動(dòng)發(fā)光歸根結(jié)底是一種生物的通訊行為。一些有眼睛的動(dòng)物能直接捕獲到來自同類物種發(fā)出的光，但一些壓根兒沒有眼睛的生物是如何實(shí)現(xiàn)光通訊的呢?在這方面科學(xué)家們進(jìn)行過一些有意義的實(shí)驗(yàn)，讓我們來看看那些具有普遍意義的實(shí)驗(yàn)吧。

首先，生物發(fā)光是最經(jīng)濟(jì)的，因此更多的生物發(fā)光是一種非常弱的光，弱到人眼無法看到而只能通過儀器檢測(cè)到。如水蚤，一般情況下我們甚至不知道它們也是一種會(huì)主動(dòng)發(fā)光的動(dòng)物。科學(xué)家們?yōu)榱藱z測(cè)它們微弱的光，用不吸收紫外線的石英玻璃杯盛上水，再放進(jìn)一些水蚤；測(cè)試中假定水蚤各自的發(fā)光是獨(dú)立的，即意味著它們發(fā)出的光是可以疊加的，水蚤數(shù)目越多，光就越強(qiáng)。可實(shí)驗(yàn)的結(jié)果大出人們的意料，當(dāng)水蚤的數(shù)目達(dá)到一定的比例時(shí)，這種疊加就不存在了，光反而減弱了。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這原來是一種被稱為“相干”的光學(xué)現(xiàn)象。在對(duì)微小生物主動(dòng)發(fā)光的研究中，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)發(fā)光生物機(jī)體的異常也會(huì)影響到發(fā)光的質(zhì)量。類似光照誘導(dǎo)的延遲發(fā)光也存在于發(fā)光生物中，并在研究中都發(fā)現(xiàn)了相干現(xiàn)象。于是人們提出了一種被稱為“相干電磁場(chǎng)和生物光子”的假說，這種假說認(rèn)為在能主動(dòng)發(fā)光的生物體內(nèi)，存在著相干的電磁場(chǎng)來釋放生物光子，它是活組織中細(xì)胞通訊的基礎(chǔ)，即細(xì)胞和細(xì)胞之間可以借助于電磁場(chǎng)和光來傳遞信息。這便是細(xì)胞的視覺系統(tǒng)。

1993年，俄國科學(xué)家通過另一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了細(xì)胞可能有“視覺”。實(shí)驗(yàn)是這樣的：將兩組乳腺組織放進(jìn)格子里進(jìn)行培養(yǎng)，其中一組(AB)用不透明隔板隔開，另外一組(CD)則用透明隔板隔開；向AB中添加不同的激素以測(cè)定分泌的蛋白質(zhì)、氧化物和化學(xué)發(fā)光。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為AB無變化，而CD則發(fā)生了變化，這表明它們察覺到了AB中發(fā)出的光。接著科學(xué)家們又用嗜中性粒細(xì)胞做了類似的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果一樣。

這些研究工作是非常有意義的，一方面為我們解開生物系統(tǒng)之間傳遞信息之謎提供了令人鼓舞的線索，另一方面為動(dòng)物視覺的起源提供了一個(gè)科學(xué)解釋的想象空間。