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淡淡熒光伴君行

2016年07月23日01:30 科技日報

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　　■今日視點

　　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和林地上散佈的蘑菇發出的輝光——生物發光效應。這些有夜間發光特殊能力的生物，就像活的夜燈。

　　在進化史中，生物發光被“發明”過數十次，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。這些蘑菇為何會發出幽靈般的光輝，其確切機制還不太清楚，而動物或微生物發光則是通過所謂的“熒光素”。

　　熒光素最早是19世紀末法國化學家拉斐爾·杜波依斯在磕頭蟲和一種雙殼貝類體內發現的，他給這種物質命名為熒光素，因為它會在熒光素酶的輔助下在空氣中氧化，發出藍綠色的光。

　　黑暗中發光的動物

　　螢火蟲可能是自然界最容易識別的生物發光。在它們的發光器官中包含多種化學物質，如熒光素、生物發光熒光酶等。螢火蟲能改變這些化學混合物中的氧氣，從而控制發光。當它們處在幼蟲階段時，發光可作為一種警示，警告捕食者它們不好吃。變成成蟲後，通過發光能確定同類數量，吸引異性。

　　深海琵琶魚是生物發光擬態的一個好例子。在它們張開的大嘴上懸挂著一根長長的附肢，附肢尖端巧妙地排布著會發光的細菌，吸引獵物遊到它們嘴巴裏。

　　腰鞭毛蟲是一些漂浮在海面上的微小海洋浮游生物，當它們在夜晚照亮巨大的海域時，形成了自然界最大規模的生物發光景觀。實驗顯示，這種現象能震懾捕食者，擾亂它們的攝食行為，給腰鞭毛蟲以喘息的機會。一種理論認為，這種現象還可以作為一種“防盜”警報，吸引更大的動物來把腰鞭毛蟲的天敵吃掉。

　　螢火蟲魚會利用生物發光細菌照亮身體下方，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現。

　　真菌的第九種熒光素

　　真菌中的生物發光現象顯得格外神秘。早在19世紀初，一些自然學者就發現，木頭上生長的真菌能為井下採礦提供照明。現在，人們知道有許多真菌和蘑菇能在黑暗中發光，但對於發光原因卻不甚清楚。有人認為，這是一種無用的代謝副産品；也有人認為，這是一種高級的反捕食適應。

　　從進化角度看，似乎是夜間發光能引來昆蟲及其他動物，幫它們把孢子傳播到更遠的地方。巴西聖保羅大學的卡修斯·斯蒂梵尼團隊的研究證明了這一點。他們把帶有綠色LED燈的塑膠蘑菇撒在林地上，模倣一種長在棕櫚樹下的發光蘑菇，結果發現，假蘑菇吸引了多種昆蟲和其他擅于傳播孢子的生物。他們還證明生物發光現象只發生在夜晚，這排除了“無用副産品”理論。斯蒂梵尼説：“研究結果表明，生物發光能吸引動物來傳播孢子，這種傳播機制可能賦予它們某些優勢，尤其是適合在茂密的森林裏生存。”

　　最近，俄羅斯克拉斯諾亞爾斯克生物物理學研究所和莫斯科生物有機化學研究所的兩個團隊合作，通過尋找一類不會發光的熒光素前體，對真菌用於發光的蛋白質化學結構做了分析。莫斯科生物有機化學研究所的伊利亞·雅姆坡斯基説，真菌生物發光的機製表明，它們的熒光素是由一種前體物質形成的，森林裏一些不會發光的真菌中也有這種熒光素前體。更重要的是，熒光素前體的數量大約是發光生物所含熒光素的100倍，因此從不發光真菌中提取熒光素前體是可行的。

　　研究團隊還發現，真菌發光所用的熒光素的化學結構和已知的8種來自動物、微生物界的熒光素分子完全不同，他們發現的是第9種，也是真菌類植物界第一次發現的熒光素。

　　有望帶來發光的行道樹

　　“真菌熒光素在化學上與其他已知的熒光素毫無關係，它代表了一種完全不同的發光機制。從光化學、生物化學和進化的角度來看，這一點非常重要，也為研究未知的真菌熒光素酶帶來了可能。”雅姆坡斯基説，“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，我希望利用這一點最終造出能自主發光的植物。”

　　這將是一個關鍵突破，有望帶來會發光的行道樹，讓它們在夜晚照亮街道。比如，設計一種能在黑暗中發光的轉基因樹，作為可持續的路燈光源。這種想法並不瘋狂，因為它是可能的。“發光植物計劃”也是合成生物學應用項目中的第一個眾籌競選項目。支援該計劃的美國哈佛大學遺傳學家喬治·丘奇曾説：“即使一朵微弱發光的小花，也是一個偉大的象徵。”

(責任編輯：羅伯特)

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