生物发光

生物体发光或生物体提取物在实验室中发光的现象

生物发光（bioluminescence）是指生物体发光或生物体提取物在实验室中发光的现象。它不依赖于有机体对光的吸收，而是一种特殊类型的化学发光，化学能转变为光能的效率几乎为100%。也是氧化发光的一种。生物发光的一般机制是：由细胞合成的化学物质，在一种特殊酶的作用下，使化学能转化为光能。

发光原因

在生物世界里说到发光，人们首先会想到萤火虫，但除了这种昆虫外还有许多生物也能发光，如一些生活在深海里的鱼类，光是一种谋生的手段。夜晚常在近海作业的渔民甚至是长住海边的人经常能看到海面上有光带，这是一些藻类发出的，当它们受到惊扰时或者是在大量繁殖时，似乎海洋都开始燃烧了起来。晚上在海滩上戏耍的孩子们能从海滩上找到沙蚕，这也是一种能发光的动物，除此之外，能发光的还有水母、珊瑚、某些贝类和蠕虫等。人们发现，不同的生物会发出不同颜色的光来。所有的植物在阳光照射后都会发出一种很暗淡的红光，微生物一般都会发出淡淡的蓝光或者绿光，某些昆虫会发黄光。仔细地划分一下，发光可分两类，一类是被动发光，如植物，那些微弱的红光不过是没能参与光合作用多余的光，这种光对植物是否有着生物学上的意义还是个谜，但一般的看法是这种光无意义，就像涂有荧光物质的材料经强光照射后再置于黑暗中发光那样。另一类是主动发光，尽管有一些发光的意义还未全部认识清楚，但有一点是可以肯定的，绝大多数主动发光的生物这种发光是有用途的。光是一种能量，主动发光是对能量的一种消耗，生物的生存策略有一个最基本的共同点，那就是在维持生命的正常活动中最大限度地去节省能量，因此主动发光必定是主动发光生物生存的一个重要的环节。有必要说一下，有些动物本身并不会发光，但在共生的环境中它们会利用发光细菌的光为自己服务。

发光类型

自然界具有发光能力的有机体种类繁多。一些细菌和高等真菌有发光现象。动物界25个门中，就有13个门28个纲的动物具有发光现象，从最简单的原生动物到低等脊椎动物中都有发光动物，如鞭毛虫、海绵、水螅、海生蠕虫、海蜘蛛和鱼等。动物的发光，除其自身发光即一次的发光以外，由寄生或共生而产生二次发光的例子也不少。不同生物体的发光颜色不尽一致，多数发射蓝光或绿光，少数发射黄光或红光。

萤火虫类

萤火虫发光细胞中含有荧光素、荧光素酶两种发光物质。它们与ATP（三磷酸腺苷）及氧一起反应，在氧与荧光素结合时发生电子转移同时发生能量的变化释放出荧光光子而发光。

节足动物

这类发光过程包括加氧、激发与转移，如海萤的发光：它在自身分开的腺体中分别合成荧光素和荧光素酶，当把两者同时喷进水里时就会在水中反应而发光。波长460纳米，光色为蓝色。

细菌

它的反应机制与前三种不同。底物在催化循环中会形成还原型核黄素磷酸盐和醛化合物，当遇到荧光素酶和氧时，就会形成一种激发的络合物。络合物断裂时生成氧化核黄素磷酸盐、酸、水及一个光子，波长470～505纳米，光为蓝绿色。

腔肠动物

包括刺丝胞亚门和栉水母亚门。这种类型发光具有各种不同的活化反应。亚门和纲不同，活化反应与激发特性也不同。此类发光还可以从一个发光种传递激发态能量给另一个发光种，即有敏化生物发光现象。这种发光可发出不同颜色的光，较多地偏向红色，波长480～490纳米。

过氧化氢生物

包括海笋属、蚯蚓属及柱头虫属等。这类发光包括两个过程，虫荧光素与氧或过氧化物单独或两者作用后先生成超氧阴离子（自由基），然后再激发。

人体

已发现人体的体表也能发光，至于它的机理还不清楚。日本的研究者发现人体会发光。人的身体所发的光比肉眼能见的低1000倍。人体光在一天内会有周期性波动,这使我们在下午时候最闪亮(人们嘴部附近的皮肤也是在这个时候最亮)而在晚上的时候最黯淡。

工程应用

生物发光现象还启发人类从工程角度研究、模拟这种发光效率极高而产热量极少的荧光现象，新一代冷光源的研制就是一例。

在应用方面，如军事上观察海洋动物发光的突然爆发，可以判别水下军事设施及其他各种敌对目的物。生化分析中，利用虫荧光素与虫荧光酶加在一起遇到ATP就会发出荧光，而且发光强度正比于ATP浓度的现象，可以检测样品中ATP的含量。利用光蛋白与Ca反应极其灵敏的特性，可以测出小于10^-13摩尔的Ca含量。因而这种方法用在Ca超微量分析中。

生物发光是一种令人着迷的现象，同时也是很多小型海洋动物的防卫机制，其中包括深海水母、无磷黑海蛾鱼、磷虾、鱿鱼以及浮游虫。发光到底被充当一种伪装、一种警告体型较大捕食者“离我远点”的信号还是用于其他目的，科学家尚没有完全了解。最近几年，研究人员正逐渐揭开其中的玄机。

2008年，两名研究员凭借在绿色荧光蛋白研究方面取得的成就获得诺贝尔化学奖。这种蛋白能够在紫外光照射下发出绿光。在发光水晶水母体内发现的绿色荧光蛋白会让水母在焦躁不安时变成绿色。数百年来，绿色荧光蛋白一直就是水母以及其他深海动物生存的一件法宝。在未来，它们甚至可以成为人类的一种防卫机制，尤其是在对抗癌症方面。

意义

生物发光的生物学意义主要是有助于猎食者捕食其他生物、被捕捉动物逃避捕食者以及同种属动物的不同个体间信息的交换。

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