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銀色蠟燭秋光,扇形熒光燈,那些能發光的動植物

銀色蠟燭秋燈,風扇熒光燈

是的,當談到在生物世界中發光時,人們首先想到的是螢火蟲。

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然而,除了這種昆蟲之外,還有許多其他生物也可以發光,例如對于生活在深海中的一些魚類來說,發光是一種謀生手段。

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經常在夜間在海上工作的漁民以及居住在海邊的漁民經常看到表面上的光帶,這些光帶是由藻類發出的,藻類在受到幹擾或大量繁殖時似乎會燃燒。晚上在沙灘上玩耍的孩子可以在沙灘上找到蠶,蠶也是一種發光的動物。此外,水母,珊瑚,某些貝類和蠕蟲可以發光,等等。

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已經發現,不同的生物體發出不同顔色的光:所有植物在暴露在陽光下時都會發出非常暗淡的紅光,微生物一般會發出淡藍色或綠色的光,一些昆蟲會發出黃色的光芒。仔細觀察,生物的光可以分為兩類:一類是被動發光,比如植物,那些微弱的紅光并不參與光合作用的多餘光,這種光對植物是否具有生物學意義仍然是一個謎,但普遍的看法是,這種光是沒有意義的,就像塗有熒光材料的材料在強光之後發光一樣;這種發光對絕大多數活躍的發光生物是有用的。

光是一種能量,而主動光是能量的消耗。生物體最基本的生活政策之一共同點是在維持生命的正常活動中最大限度地節約能源,是以主動發光必須是這些生物體生存的重要組成部分。重要的是要說,有些動物不會自己發光,但在共生環境中,它們使用發光細菌的光來為自己服務,正如我們将在以下示例中提到的那樣。

發光是一種生物行為,特别是生物交流。讓我們來看看活性發光對發光生物有什麼影響。

人們首先認為發光是動物的求愛

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。雌性螢火蟲發出微弱的光芒,蜷縮在草叢中,當雄性發現它們時,它們使用興奮的明亮閃光來炫耀,然後等待雌性發光以确定它們有多成功。

警告也是對光的使用。衆所周知,許多物種的動物都有自己的食物來源區域,這種順序是基于對同一物種的自然了解。為了不加劇沖突,動物往往有一套預警方法,比如海底深處有一些發光的魚。

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深海中有一條魚叫鲶魚,頭上有一個發光體,

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這是用來迷惑一些經過它的小動物。如果一隻動物有太多的好奇心,那麼這種抗拒誘惑的習慣很可能會讓它成為嘴裡的鬼魂。這種發光是進食的行為之一。有趣的是,蜻蜓本身不會發光,但它頭頂上的突起為發光的細菌提供了一個生活環境,這種細菌獲得了穩定的生命來源,而蜻蜓則利用它發出的光來吸引小動物。

1885年,杜波依斯指出螢火蟲的光芒是一種化學反應,後來科學家獲得了熒光素酶的基因。經過科學家的研究,螢火蟲發光的原理已經得到了充分的了解。

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我們知道,化學發光物質有兩種能量狀态,基态和激發态,前者能級低,後者能級非常高。一般來說,分子在激發時具有高而不穩定的能量,并且它們很容易将能量釋放回基态;但是,如果我們試圖讓一個物體發光,我們隻需要給它足夠的能量,把它從堿狀态變成激發狀态,而生物發光需要生物體中的酶來參與。生物體中的酶是高效的催化劑,以最不消耗的方式誘導化學反應,進而為發光物質提供能量。在螢火蟲中,三磷酸鹽(ATP)水解産生的能量導緻熒光素氧化,導緻每個ATP分解的光子,發光。已知絕大多數生物發光機制都處于這種模式。但在發光的腸道動物中,熒光素被光蛋白(如普通發光水母的綠色熒光蛋白)取代,這些蛋白通過與鈣或鐵離子結合來發光。

我們上面說,生物活性發光歸根結底是一種生物交流行為。一些有眼睛的動物可以直接從類似物種那裡捕捉到光,但是一些沒有眼睛的生物是如何傳遞光的呢?科學家們已經在這個領域做了一些有意義的實驗,是以讓我們來看看那些具有普遍意義的實驗。

首先,生物發光是最經濟的,是以更多的生物發光是一種非常弱的光,太弱了,人眼看不到,隻能通過儀器檢測到。就像水蚤一樣,我們甚至不知道它們是活躍的發光動物。為了檢測它們微弱的光線,科學家們用不吸收紫外線的石英玻璃填充玻璃杯,并将它們放入跳蚤中。測試假設水蚤彼此獨立,這意味着它們發出的光可以疊加,水蚤越多,光越強。但實驗結果出乎意料,當水蚤數量達到一定比例時,這種疊加并不存在,反而光線減弱。

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已經發現,這是一種稱為"相幹"的光學現象。在他們對微小生物體活性發光的研究中,科學家們還發現,發光生物體的異常也會影響發光的品質。光誘導的延遲發光也存在于發光生物體中,并且在研究中發現了相幹現象。是以,提出了一種稱為"相幹電磁場和生物發光"的假說,該假說認為,在主動發光的生物體中,存在相幹電磁場來釋放生物谷氨酸,這是活組織中細胞通訊的基礎,即細胞和細胞可以使用電磁場和光來傳輸資訊。這是細胞的視覺系統。

1993年,俄羅斯科學家在另一項實驗中證明,細胞可能具有"視覺"。實驗是将兩組乳腺組織置于網格中進行培養,一組(AB)由不透明隔闆隔開,另一組(CD)由透明隔闆隔開,并向AB中添加不同的激素以确定分泌的蛋白質,氧化物和化學發光。結果顯示AB沒有變化,而CD發生了變化,表明他們知道AB中發射的光。然後,科學家們使用嗜中性粒細胞進行了類似的實驗研究,結果相同。

這些研究非常有意義,一方面為生物系統之間資訊傳遞的奧秘提供了令人鼓舞的線索,另一方面為動物視覺的起源提供了科學解釋。