生物发光

生物发光是指生物体产生和发射光。 它是一种化学发光形式。 生物发光广泛存在于海洋脊椎动物和无脊椎动物，以及一些真菌、微生物（包括一些生物发光细菌）和陆生节肢动物（如萤火虫）中。 在某些动物中，光是致病菌，由弧菌属等共生细菌产生； 在其他情况下，它是自生的，由动物自己产生。

一般而言，生物发光中的主要化学反应涉及发光分子和酶，通常分别称为荧光素和荧光素酶。 因为这些是通用名称，荧光素和荧光素酶通常通过物种或组来区分，例如 萤火虫荧光素。 在所有表征的情况下，该酶催化荧光素的氧化。

在某些物种中，荧光素酶需要其他辅助因子，例如钙离子或镁离子，有时还需要携带能量的分子三磷酸腺苷 (ATP)。 在进化过程中，荧光素几乎没有什么变化：特别是腔肠素，它存在于 11 种不同的动物门中，尽管在其中一些动物门中，动物通过饮食获得它。 相反，不同物种之间的荧光素酶差异很大，这证明生物发光在进化史上出现了 40 多次。

亚里士多德和老普林尼都提到，潮湿的木头有时会发光。 许多世纪后，罗伯特·博伊尔表明氧气参与了这个过程，在木材和萤火虫中都是如此。 直到十九世纪后期，生物发光才得到适当的研究。 这种现象广泛分布于动物群体中，尤其是在海洋环境中。 在陆地上，它存在于真菌、细菌和一些无脊椎动物群中，包括昆虫。

动物对生物发光的使用包括反光照伪装、模仿其他动物，例如引诱猎物，以及向同一物种的其他个体发出信号，例如吸引配偶。 在实验室中，基于荧光素酶的系统用于基因工程和生物医学研究。 研究人员还在研究将生物发光系统用于街道和装饰照明的可能性，并且已经创建了一种生物发光植物。

在开发出用于煤矿的安全灯之前，英国和欧洲使用干鱼皮作为微弱光源。 这种实验性的照明形式避免了使用蜡烛的必要性，因为蜡烛有可能引发甲烷爆炸。 矿井中的另一个安全照明源是装有萤火虫的瓶子。 1920 年，美国动物学家 E. Newton Harvey 出版了专着《动物光的本质》，总结了生物发光的早期工作。 哈维注意到亚里士多德提到死鱼和死肉产生的光，亚里士多德和老普林尼（在他的自然历史中）都提到潮湿木头发出的光。 他还记录了罗伯特博伊尔对这些光源进行的实验，并表明它们和萤火虫都需要空气才能产生光。 Harvey 指出，1753 年，J. Baker 将有鞭毛的夜光藻鉴定为肉眼可见的发光动物，1854 年，Johann Florian Heller（1813-1871 年）将真菌链（菌丝）鉴定为枯木中的光源 .

Tuckey 在其死后的 1818 年扎伊尔远征记述中描述了捕捉负责发光的动物。 他提到了透明动物、甲壳类动物（他将水的乳白色归因于它们）和癌症（虾和蟹）。 在显微镜下，他描述了大脑中的发光特性，类似于大针头大小的最明亮的紫水晶。

查尔斯达尔文注意到海洋中的生物发光，在他的日记中描述了它：

在一个非常漆黑的夜晚，在这些纬度地区航行时，大海呈现出一幅奇妙而美丽的景象。 一阵清新的微风吹过，白天看起来像泡沫的地表的每一部分，现在都闪耀着淡淡的光芒。

这艘船在她的船头前掀起两道液态磷的巨浪，在她身后跟着一列乳白色的火车。 就眼睛所及之处，每一波浪潮的波峰都是明亮的，地平线上方的天空，从这些青灰色火焰的反射眩光中，并不像天空其他地方那样完全模糊。

达尔文还观察到了一种会发光的 Dianaea 水母，他指出： 当波浪闪烁着明亮的绿色火花时，我相信这通常是由于微小的甲壳类动物造成的。 但毫无疑问，许多其他远洋动物在活着时会发出磷光。 他猜想可能是大气中电气条件紊乱造成的。 Daniel Pauly 评论说，达尔文的大部分猜测都是幸运的，但在这里却不是这样，他指出生物化学知之甚少，而且生物化学的复杂进化。