當(dāng)海洋點(diǎn)亮“生物霓虹燈”：鎧鯊與它的發(fā)光鄰居們

海洋中最大的

發(fā)光脊椎動(dòng)物——鎧鯊

海洋發(fā)光生物大多為低等無脊椎動(dòng)物，能發(fā)光的大型脊椎動(dòng)物較為少見。2020年1月，科學(xué)家在新西蘭東海岸查塔姆海脊開展魚類調(diào)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)了3種可在深海黑暗中發(fā)光的鯊魚——鎧鯊、黑腹燈鯊和南方燈鯊。其中，鎧鯊體長可達(dá)1.8米，是目前已知體形最大的發(fā)光脊椎動(dòng)物。

鎧鯊的發(fā)光特性源于其皮膚中的特殊發(fā)光細(xì)胞，這些細(xì)胞能夠發(fā)出柔和的藍(lán)綠色光。這一發(fā)光機(jī)制由鎧鯊體內(nèi)參與調(diào)控生物晝夜節(jié)律和誘導(dǎo)睡眠的褪黑素控制。

得過諾貝爾獎(jiǎng)的發(fā)光生物——維多利亞多管發(fā)光水母

其實(shí)，多數(shù)水母并不能自主發(fā)光，主要依靠反射外界光源。而維多利亞多管發(fā)光水母是少數(shù)能主動(dòng)發(fā)光的種類。并且，與眾多發(fā)光生物通過“熒光素—熒光素酶系統(tǒng)”發(fā)出藍(lán)光不同，其發(fā)光原理更為復(fù)雜，能釋放獨(dú)特的綠色熒光。

當(dāng)受到外界刺激時(shí)，維多利亞多管發(fā)光水母體內(nèi)會(huì)快速釋放鈣離子（Ca2+），促使水母素（一種熒光素酶）催化底物腔腸素發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生藍(lán)光；藍(lán)光進(jìn)一步激發(fā)體內(nèi)的綠色熒光蛋白（GFP），使藍(lán)色熒光轉(zhuǎn)化為綠色。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，維多利亞多管發(fā)光水母體內(nèi)的GFP只需經(jīng)紫外線或藍(lán)光照射，便能發(fā)出翠綠熒光，并成功將其應(yīng)用于細(xì)胞熒光標(biāo)記。這一突破性發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家首次能夠直觀地觀察活細(xì)胞的分化過程，正如荷蘭科學(xué)家列文虎克在17世紀(jì)通過顯微鏡發(fā)現(xiàn)微觀世界一樣，GFP為科學(xué)探索提供了全新視角。

2008年，日、美、美籍華裔科學(xué)家下村修、馬丁·沙爾菲、錢永健因在GFP發(fā)現(xiàn)與推動(dòng)上的貢獻(xiàn)獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

大海里的“螢火蟲”——夜光藻

夜幕下的海岸，海浪輕拍沙灘，泛起一道道幽藍(lán)熒光，仿佛大海流出的眼淚，人們賦予了它一個(gè)美麗的名字——“藍(lán)眼淚”。我國沿海出現(xiàn)的“藍(lán)眼淚”現(xiàn)象多為夜光藻的發(fā)光所致。

夜光藻是一種單細(xì)胞海洋甲藻，細(xì)胞近球形，直徑為0.2～2毫米，肉眼可見，其體內(nèi)含有熒光素和熒光素酶。當(dāng)受到外界擾動(dòng)時(shí)，在熒光素酶的催化下，熒光素與氧氣發(fā)生反應(yīng)，每秒可產(chǎn)生約108個(gè)光子，發(fā)出藍(lán)色熒光。這種發(fā)光原理在發(fā)光甲藻、水母、櫛水母、海螢和火螢等多種海洋生物及陸生螢火蟲中普遍存在。

研究顯示，夜光藻僅在感知危險(xiǎn)時(shí)才會(huì)發(fā)光。其發(fā)光行為并非用于自身求救，而是通過光亮吸引更高層級(jí)的捕食者，誘導(dǎo)其對(duì)直接捕食者發(fā)起攻擊，借此消耗雙方力量，從而為自身爭取生存機(jī)會(huì)。

為什么夜光藻發(fā)藍(lán)光呢？因?yàn)樵诳梢姽庾V中，藍(lán)光波長最短，散射能力最強(qiáng)，在海水中的穿透性最佳，這恰好滿足其發(fā)光求生的需求。

從鎧鯊的逆向發(fā)光偽裝，到維多利亞多管發(fā)光水母的綠色熒光革命，再到夜光藻的藍(lán)光求生策略，海洋生物的發(fā)光現(xiàn)象不僅是自然界的奇觀，更是生物長期適應(yīng)極端環(huán)境演化出的生存智慧。這些“生物霓虹燈”以光為墨，在黑暗中勾勒出物種演化的精妙邏輯，也為人類探索生命奧秘與科技創(chuàng)新提供了不竭的靈感。

深海生物為何發(fā)光

深海生物的發(fā)光現(xiàn)象具備多種生存功能，包括對(duì)抗照明偽裝、吸引獵物或異性、警告或驅(qū)趕天敵，以及輔助照明等。

鎧鯊發(fā)光部位主要集中在腹部，科研人員推測(cè)其主要用于對(duì)抗照明偽裝。當(dāng)鎧鯊游弋至上層水體時(shí)，若不發(fā)光，其輪廓會(huì)被上層水體的光線清晰地勾勒出來，極易被捕食者發(fā)現(xiàn)。而通過發(fā)出與上方照射強(qiáng)度相同的光線，便能將自己與上層的光亮水體環(huán)境融為一體。這種現(xiàn)象被稱為“逆向發(fā)光（counterillumination）”，在許多魚類、魷魚和甲殼類動(dòng)物中均有體現(xiàn)。

（責(zé)任編輯 / 段雯娟" 美術(shù)編輯 / 周游）