黑暗中的發光生物

令人著迷的神奇光

當你夜晚漫步在鄉村的森林裡，可能遇到一群在空中「舞動」著的燈光，這看起來可能有點像是魔術的場景，但事實上這是自然世界賦予某種昆蟲的一項最特別的能力：發光。這些是由小小的螢火蟲施展出來的。

幾千年以來，人類一直被發光的生物所深深吸引。例如唐代詩人杜牧《秋夕》里「銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢」里的螢火蟲。公元前4世紀，古希臘哲學家亞里士多德就曾寫道，「有些物體，雖然不像陽光或火光一樣，但也能產生光亮。」同樣，在公元1世紀，羅馬學者老普林尼曾記錄他在地中海的那不勒斯灣那裡觀察到一個會發光的水母，在他看來，水母的發光強度，如果放在手杖頂端，幾乎可以用來當做火炬。

黑暗中的生物發光最龐大的陣營，莫過於海洋生物了，比如水母、魚類，甚至珊瑚蟲也能發光。然而，有意思的是，淡水棲息地中除螢火蟲外幾乎沒有發光生物。另外，在自然界並不只有動物才有這種特殊技能，有些細菌也能發光。

生物如何發光？

那麼生物是如何發光的呢？它們的光有區別嗎？

正如亞里士多德注意到的那樣，生物散發的光是一種「冷光」，這種光不同於太陽光，也不同於我們常見的電燈泡所散發出來的光芒。電燈泡發光的同時還會產生餘熱，而生物發光反應的效率幾乎是100%，產生的餘熱極少。

動物一般通過兩種方式產生「冷光」：一種是通過自身的構造，比如螢火蟲；第二種是通過發光細菌——會發光的細菌會在動物體內舉辦一場華麗的燈光秀。這些發光細菌也可以自主生活，也可以寄生，當它們以寄生方式活著的時候，會依附於一個動物宿主，然後使動物宿主在不知不覺間發光。

例如，在太平洋沿海水域，有一種微小的短尾魷魚，只有幾厘米長，發光細菌在它們的體內生活，使它們閃閃發亮。每天早上，短尾魷魚將身體內95%的發光細菌驅逐出去，確保在自己休息時細菌不再發光。等到了晚上，再將發光細菌召回，直到體內的細菌累積到足夠多的數量後，短尾魷魚便開始發光了。

在水中，短尾魷魚利用身體里發光細菌所散發的藍綠色光，偽裝成月亮從天上照射下來的光線，可以欺騙潛伏在短尾魷魚底下的捕食者。此外，短尾魷魚還能控制由細菌所發出的光線的亮度。這是一個有趣的生物發光現象，光在這裡主要並不是為了照亮黑夜，而是起到偽裝的作用。

而作為回報，短尾魷魚的身體會提供含糖溶液來餵養細菌——它們之間是互利的共生關係，這種關係在短尾魷魚一出生就已經存在了。短尾魷魚出生後，就會立即從周圍的環境中獲取發光細菌，而發光細菌則通過「殖民」，變為短尾魷魚的發光器官。

真正的發光生物，並不是借取發光細菌的光，而是通過自身的構造和身體內的化學反應自己創造光芒。這些動物通常有專門結構，稱為發光器官，發光器官里的有機分子——熒光素——會與氧發生反應，產生可見光。螢火蟲的下腹部就有一個能發光的器官，能產生獨特的閃爍光芒。發光器官里的化學反應可以由各種因素刺激而發生，包括化學的、神經的，或者是力學的觸發。

還有熒光和磷光

以上兩種方式統稱為「生物發光法」，但「生物發光法」並不是動物王國發光的唯一方法，許多動物也可以通過熒光反應來發光，熒光反應是指動物被某種光線照射後，會出射與入射光不同波長的光。而一旦停止入射光，發光現象也隨之立即消失。

例如，在紫外線下，蠍子會出現青綠色光。不同種類的水母和甲殼動物也具有熒光性質，很多珊瑚礁生物都利用熒光來生存。櫛水母是一種微小的生物體，它們不是水母。櫛水母有「槳狀附屬物」——纖毛，能推動它們前進，當它們運動時，入射光被運動中的纖毛所散射，這時，你就會發現有閃閃的五彩光也隨之移動。而在脊椎動物中，日本鰻魚是具有這種本領的唯一物種。

此外，動物們也可以使用磷光，磷光的化學性質與熒光相類似，但除去光源之後，磷光仍會繼續發亮。

許多海洋生物的發光囊括了以上三種發光方法，但磷光往往過於微弱，很難用肉眼看到，又或者是被另外兩種方式產生的光芒掩蓋掉了。對比來說，生物發光法所發的光是最為明亮耀眼的。

生物為何要發光？

從海洋表面到最深的海溝，生物光就像是一束光柱。隨著海底變得越來越暗，生物發光的量開始增加。人們認為，90%左右的深海動物都使用某種形式的發光來保護自己、捕食和尋找伴侶。

首先是防禦作用：在黑暗中，當面臨兇惡的捕食者或攻擊者時，動物們可以突然閃光，這種防禦性生物發光可以嚇退天敵。比如短尾魷魚或者某些種類的水母就是使用這種方法，突然閃光，然後迅速逃走。

其次是用來「犯罪」：生物發光可以吸引獵物，為動物披上偽裝的外衣，或通過照明來找到獵物。琵琶魚的頭上有一盞「小燈籠」，就像是一個發光的釣魚桿，在深海處一閃一閃的亮光，吸引了魚兒們的目光，使魚兒游向發光處，當小魚游到面前時，琵琶魚就突然張開自己的「血盆大口」，把這群小傢伙吞到了肚子里。

這個發光的工具還助於吸引雌性琵琶魚，當雄琵琶魚把雌琵琶魚吸引過來後，就會緊緊咬住雌魚的身體，並長期寄生於雌魚身上，因為雌魚的體形較大，而雌魚比雄魚大上幾倍，甚至數百倍。在寄生過程中，雄魚會逐漸解體，直至融入雌魚身體中，完全消失。最後，雄魚留下的精巢則成為雌魚所需精子的來源。

不僅是海洋生物，地面動物的光同樣具有誘惑能力：發光的螢火蟲在求偶中起著關鍵的作用，它們的腹部下方有發光器官。雄性螢火蟲進行「燈光秀」來吸引雌性，雌性如果喜歡某隻雄性螢火蟲的表演，它就會做出回應。而不同的螢火蟲物種可以通過光的閃爍模式來識別。

但相對地，發光的海洋動物可能也會因為自己的特殊技能而陷入危機。科學家曾經觀察到，抹香鯨等其他不發光的海洋生物一直潛水到很深、很暗的海域捕食發光動物，而追蹤的線索就是發光動物身上的光線。

在海洋中，你如果仔細觀察，就能注意到動物發光的顏色通常包括藍色和綠色，與霓虹等散發出來的藍色和綠色光線極為相似，因此也稱作霓虹色調。為什麼海洋動物的生物燈是這兩種顏色呢？這是因為在海洋深處，波長較短的藍色和綠色光可以穿行很遠的距離，就類似於我們打著手電筒走在黑乎乎的森林裡，當然希望手電筒的光照得越遠越好。

自然光如何造福人類？

美輪美奐的生物發光除了具有欣賞價值之外，在我們的日常生活中，生物發光也有很多實際的應用，我們可以把它應用於醫療、軍事和商業等的領域之中。其中，動物的熒光反應已成為一種越來越有用的工具。

比如來自發光水母的熒光蛋白，在醫學研究中具有巨大的潛力。熒光蛋白的出現可以說是徹底改變了細胞生物學，它在紫外燈下會發出明亮的綠色和藍色，可作為生物過程的一個多功能的標記物。該蛋白質可以被克隆（因此它不需要從活水母中獲得），而綠色熒光蛋白基因序列還可以添加到生物體的基因組中。

如此一來，科學家們想要研究某一類細胞的話，就能利用自然熒光蛋白使細胞「發光」，這樣科學家們能夠更好地觀察組織的生長，比如腦部的神經細胞到癌細胞的擴散。也可以跟蹤嚙齒類動物病毒和疾病的傳播，也可以讓我們了解和治療人類的疾病。

此外，還有一個比較大膽的想法，就是把生物發光的基因加入到植物的基因中，讓植物發光，那麼就可以讓樹木代替路燈，不用消耗能源就可以散發光芒，這樣我們就能節省寶貴的化石燃料。

如今研究人員已經將發光細菌的基因組，插入到一種叫做花煙草的植物的基因中，創造了「組合型植物」，能自主發出黃綠色的光。英國愛丁堡大學的科學家們也創造出了一種會發光的土豆，在黑暗中，土豆會脫水，然後就會發光。這種新型土豆可以為農民帶來福利，因為發光的土豆能作為「標記物」來監測莊稼的水分狀況，避免了人為造成的旱災。

生物發光還有軍事用途。比如當被擾動時，某些種類的浮游生物往往會發光。如果大量發光的浮游生物聚集到一起，使用它們可以暴露隱身潛艇的下落，或擾亂其他隱蔽的海軍作戰。

當然，生物發光還有很多商業用途。例如，美國一家生物技術公司希望開發一系列不可思議的發光產品，比如糖果、口香糖和飲料等發光甜食，以及能在黑暗中發光的牙膏、肥皂和泡泡沐浴液等等。