自然光源

化学术语

自然光源（Natural light source），化学术语，熟悉的分子重组的化学反应。

简介

燃烧是我们熟悉的分子重组的化学反应。而热核反应是以爱因斯坦质能关系式为理论基础的核裂变和核聚变反应。比如我们的太阳。有人说太阳是在燃烧，错，这个燃烧应该加双引号，太阳的燃烧其实是核聚变反应，同样质量的原料进行核聚变反应所产生的能量要比化学燃烧产生的能量高出亿万倍。这也就是为什么太阳的寿命长达150亿年的原因。

第二大类为生物能光源。主要由一些长期生活在黑暗处，比如深海之下的生物体内通过自身生物能和它的生物组织产生的光，虽然极其微小，毕竟也是光的另一种形态。

海洋发光生物 marine luminous organisms：自身具有发光器官、细胞（包括发光的共生细菌），或具有能分泌发光物体腺体的海洋生物的统称。海洋中能发光的生物种类繁多，有浮游生物、底栖生物和游泳动物。“生物发光 (bioluminescence)”一词，源出希腊文βlos（意为生命）和拉丁文Luminare（意为发光）。它是化学发光的一种类型，是化学能转换为辐射能过程中放射出的可见光，因为散发的热量非常少，又称为冷光。

研究简史：早在公元1～2世纪，就已有关于生物发光的记载。但直至1887年，才由法国R.杜布凡开创对生物发光物质的科学研究。20世纪60年代以前,为荧光素-荧光酶系统的概念占优势的时期，主要是观测研究生物发光的器官、组织和生理，其代表性著作有美国E.N.哈维1952年出版的《生物发光》。60年代以后，随着观测仪器和萃取技术的改善，在发光物质的合成及其结构、量子产量测定以及发光反应机制等方面，都获得了许多新进展，特别是“发光蛋白”型系统的发现，标志着对生物发光的研究进入了新阶段。该时期的代表性著作有1978年英国P.J.赫林主编的《生物发光作用》。

种类

全世界已发现能发光的生物约有 30纲538属。其中24纲461属是海洋生物，约占85%,分别属于从海洋细菌到海洋鱼类的许多门类（见表）。但甲藻以外的各类海藻和海洋动物的扁虫类、帚虫类、腕足类、毛颚类、须腕类、爬行类、哺乳类等没有发光的种类。在陆生生物中，发光现象仅限于极少数类别。（见彩图）

海洋发光生物广泛分布于世界各海域，特别是温带和热带海域。一般认为,在水深超过700米的水层中,90%以上的动物是能发光的。　发光类型　可分为细胞内发光和细胞外发光两类。①细胞内发光是细胞发光,较为普遍,夜光藻(Noctilucascietillans)是最常见的代表。当细胞受刺激时，细胞质中丝状排列的发光颗粒（一种拟脂蛋白）收缩，发出淡蓝色闪光。单细胞的甲藻和放射虫类，以及许多具有特化的发光器的多细胞动物（如水母、海羽、栉水母、多鳞虫、磷虾、樱虾、头足类、棘皮动物、被囊类和鱼类）,都属于细胞内发光（图1）。②细胞外发光是由生物的腺体分泌排放出的内含物发光。其中海萤(Cypridina)为最著名的代表。桡足类、齿裂虫 (Odon-tosyllis)、波叶海牛(Phyllirrhoe)、海笋(Pholas)、柱头虫(Balanoglossus)等，都是细胞外发光的动物。

细菌的发光是一种呼吸现象的连续发光。其他生物一般都是受刺激后才发光，其情况因种类而异：①发光细胞或发光物质贮存器被邻近的肌肉纤维挤压，使分泌物外流发光（如海萤），这是一种神经肌肉现象。②腺细胞本身受刺激而排放其内含物发光，这是控制腺体分泌的神经调节的结果，如磷沙蚕 (Aphrodita)、游水母。③激发作用引起细胞变化，导致发光物质的活化，如夜光藻。④发光器发出的光，如磷虾、头足类和鱼类。　荧光素-荧光酶反应是生物发光的基本反应。过去认为，一种生物的荧光酶只能催化亲缘关系密切的其他生物荧光素，即酶促反应的种别性。自从发现迹天竺鲷(Apogon marginatus) 的荧光素与海萤的荧光酶混合也能发光以来，不同类别的荧光素、荧光酶交叉反应的证据越来越多。海萤的发光是较简单的酶促反应；细菌的发光是由于二氢黄素单核苷酸的醛复合物的酶氧化作用，发的光是连续的；多管水母(Aequorea)、磷沙蚕、海笋、磷虾等海洋动物，属于发光蛋白型的系统，其特点是生物发光的总量（能力）和发光蛋白的数量成比例，整个过程中缺少酶的直接参与。发光蛋白的结构及作用机制又因种类而异（图2）。

时空分布　海洋表层（尤其是温带、热带）常密集着单细胞的发光浮游生物，其中甲藻类是最重要的成员。发光浮游生物种类组成及其数量有季节的变化和空间的差异，如在黑海沿岸，冬、春、夏季的发光现象与夜光藻的数量变动相适应，而秋季则是由旋沟藻等发光所致。海洋上层的发光常呈小尺度的块状分布，这是由发光的小型浮游生物的微分布所造成。在垂直分布上，发光的高峰主要出现于温跃层附近，与发光的甲藻和浮游植物数量高峰的位置相符。一些发光的浮游动物（如磷虾），有明显的集群习性，它们是形成深海散射层的主要动物之一。头足类的发光器的分布、大小及结构，都随动物的垂直分布而不同。具有更发达发光器的是大洋性和深海性鱼类，以及多数的沿岸和底栖鱼类，则由发光器内的共生细菌发光。

意义

生物发光是生命活动的一种行为表现，往往与一个种的生存和繁衍有关。如许多深海鱼悬摆发光的诱饵物，以吸引饵料生物；有些虾类常分泌光雾，迷惑和逃脱敌害；齿裂虫等在繁殖季节，以其发光寻求配偶。生物性冷光有多种用途，如发光菌灯可作为火药库的安全照明。20世纪70年代以来，生物发光监测磷酸酶、腺苷三磷酸的技术也被广泛应用。生物发光不仅具有经济的和生态学的意义，同时也是生物化学和生物物理学研究的对象。　参考书目　E.N.Harvey，Bioluminescence，Academic Press，New York，1952. P.J.Herring，ed.， Bioluminescence in Action，Academic Press，London，1978.

（1）自发光且持续发光的：恒星（包括太阳），极光，萤火虫光，夜明珠。

（2）自发光非持续的：闪电。

（3）非自发光的光源：天空光，月光。

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