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螢火蟲引發(fā)的科學(xué)狂想！未來不需要路燈，因?yàn)槌鞘袠淠緯?huì)發(fā)光 2016-07-23 科技日?qǐng)?bào)  點(diǎn)擊播放GIF/435K 圖片來自網(wǎng)絡(luò) 在沒有月亮的夜晚，巴西熱帶雨林深處，你能看到螢火蟲飛來飛去的光點(diǎn)和林地上散布的蘑菇發(fā)出的輝光——生物發(fā)光效應(yīng)。這些有夜間發(fā)光特殊能力的生物，就像活的夜燈。 在進(jìn)化史中，生物發(fā)光被“發(fā)明”過數(shù)十次，各有不同的目的：有的是為了吸引異性，有的為了引誘獵物，有的為了躲避天敵。這些蘑菇為何會(huì)發(fā)出幽靈般的光輝，其確切機(jī)制還不太清楚，而動(dòng)物或微生物發(fā)光則是通過所謂的“熒光素”。 熒光素最早是19世紀(jì)末法國化學(xué)家拉斐爾·杜波依斯在磕頭蟲和一種雙殼貝類體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，他給這種物質(zhì)命名為熒光素，因?yàn)樗鼤?huì)在熒光素酶的輔助下在空氣中氧化，發(fā)出藍(lán)綠色的光。 黑暗中發(fā)光的動(dòng)物  螢火蟲。圖片來自網(wǎng)絡(luò) 螢火蟲可能是自然界最容易識(shí)別的生物發(fā)光。在它們的發(fā)光器官中包含多種化學(xué)物質(zhì)，如熒光素、生物發(fā)光熒光酶等。螢火蟲能改變這些化學(xué)混合物中的氧氣，從而控制發(fā)光。當(dāng)它們處在幼蟲階段時(shí)，發(fā)光可作為一種警示，警告捕食者它們不好吃。變成成蟲后，通過發(fā)光能確定同類數(shù)量，吸引異性。 深海琵琶魚是生物發(fā)光擬態(tài)的一個(gè)好例子。在它們張開的大嘴上懸掛著一根長長的附肢，附肢尖端巧妙地排布著會(huì)發(fā)光的細(xì)菌，吸引獵物游到它們嘴巴里。 腰鞭毛蟲是一些漂浮在海面上的微小海洋浮游生物，當(dāng)它們?cè)谝雇碚樟辆薮蟮暮Ｓ驎r(shí)，形成了自然界最大規(guī)模的生物發(fā)光景觀。實(shí)驗(yàn)顯示，這種現(xiàn)象能震懾捕食者，擾亂它們的攝食行為，給腰鞭毛蟲以喘息的機(jī)會(huì)。一種理論認(rèn)為，這種現(xiàn)象還可以作為一種“防盜”警報(bào)，吸引更大的動(dòng)物來把腰鞭毛蟲的天敵吃掉。  漁民在日本滑川市海岸捕獲一網(wǎng)發(fā)光螢火蟲魚。圖片來自網(wǎng)絡(luò) 螢火蟲魚會(huì)利用生物發(fā)光細(xì)菌照亮身體下方，這樣從下方看來與海面上有光的背景融為一體，這是一種很好的偽裝，讓它們難以被水下更深處的捕食者發(fā)現(xiàn)。 真菌的第九種熒光素  圖片來自網(wǎng)絡(luò) 真菌中的生物發(fā)光現(xiàn)象顯得格外神秘。早在19世紀(jì)初，一些自然學(xué)者就發(fā)現(xiàn)，木頭上生長的真菌能為井下采礦提供照明?，F(xiàn)在，人們知道有許多真菌和蘑菇能在黑暗中發(fā)光，但對(duì)于發(fā)光原因卻不甚清楚。有人認(rèn)為，這是一種無用的代謝副產(chǎn)品；也有人認(rèn)為，這是一種高級(jí)的反捕食適應(yīng)。  圖片來自網(wǎng)絡(luò) 從進(jìn)化角度看，似乎是夜間發(fā)光能引來昆蟲及其它動(dòng)物，幫它們把孢子傳播到更遠(yuǎn)的地方。巴西圣保羅大學(xué)的卡修斯·斯蒂梵尼團(tuán)隊(duì)的研究證明了這一點(diǎn)。他們把帶有綠色LED燈的塑料蘑菇撒在林地上，模仿一種長在棕櫚樹下的發(fā)光蘑菇，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，假蘑菇吸引了多種昆蟲和其他擅于傳播孢子的生物。他們還證明生物發(fā)光現(xiàn)象只發(fā)生在夜晚，這排除了“無用副產(chǎn)品”理論。斯蒂梵尼說：“研究結(jié)果表明，生物發(fā)光能吸引動(dòng)物來傳播孢子，這種傳播機(jī)制可能賦予它們某些優(yōu)勢(shì)，尤其是適合在茂密的森林里生存?！?br> 最近，俄羅斯克拉斯諾亞爾斯克生物物理學(xué)研究所和莫斯科生物有機(jī)化學(xué)研究所的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)合作，通過尋找一類不會(huì)發(fā)光的熒光素前體，對(duì)真菌用于發(fā)光的蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)做了分析。莫斯科生物有機(jī)化學(xué)研究所的伊利亞·雅姆坡斯基說，真菌生物發(fā)光的機(jī)制表明，它們的熒光素是由一種前體物質(zhì)形成的，森林里一些不會(huì)發(fā)光的真菌中也有這種熒光素前體。更重要的是，熒光素前體的數(shù)量大約是發(fā)光生物所含熒光素的100倍，因此從不發(fā)光真菌中提取熒光素前體是可行的。  圖片來自網(wǎng)絡(luò) 研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，真菌發(fā)光所用的熒光素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和已知的8種來自動(dòng)物、微生物界的熒光素分子完全不同，他們發(fā)現(xiàn)的是第9種，也是真菌類植物界第一次發(fā)現(xiàn)的熒光素。 有望帶來發(fā)光的行道樹  圖片來自網(wǎng)絡(luò) “真菌熒光素在化學(xué)上與其他已知的熒光素毫無關(guān)系，它代表了一種完全不同的發(fā)光機(jī)制。從光化學(xué)、生物化學(xué)和進(jìn)化的角度來看，這一點(diǎn)非常重要，也為研究未知的真菌熒光素酶帶來了可能。”雅姆坡斯基說，“與其他熒光素不同的是，真菌熒光素與植物的生化作用相容，我希望利用這一點(diǎn)最終造出能自主發(fā)光的植物?！?br> 這將是一個(gè)關(guān)鍵突破，有望帶來會(huì)發(fā)光的行道樹，讓它們?cè)谝雇碚樟两值馈１热?，設(shè)計(jì)一種能在黑暗中發(fā)光的轉(zhuǎn)基因樹，作為可持續(xù)的路燈光源。這種想法并不瘋狂，因?yàn)樗强赡艿?。“發(fā)光植物計(jì)劃”也是合成生物學(xué)應(yīng)用項(xiàng)目中的第一個(gè)眾籌競選項(xiàng)目。支持該計(jì)劃的美國哈佛大學(xué)遺傳學(xué)家喬治·丘奇曾說：“即使一朵微弱發(fā)光的小花，也是一個(gè)偉大的象征?！?br> 科技日?qǐng)?bào) kjrbwx 長按左邊二維碼加關(guān)注 精彩內(nèi)容看不完！ 點(diǎn)擊展開全文 |
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