【摘要】 生物发光在水母中的生物学功能——请记住，到目前为止，还没有观察到连续的整体身体生物发光

发光是大自然提供的一种精致而神奇的现象。发光无论是人造的还是大自然自己创造的，是唯一照亮“生命”的现象，除了照射在我们星球上的黄矮星（G2V）氢核聚变产生的燃烧和光子发射的可见辐射。有趣的是，太阳核心产生的光子从核心到表面需要数千年的时间，但到达我们的星球只需8分钟。通常，人们识别出至少两种类型的发光：荧光和磷光。然而，发光过程包括一大组纯物理、化学和/或生物/生物化学起源的相关现象（图1）。

 

图1 各种发光现象概述

 

例如，生物发光（图2），即生物体发出的光，可以在Teuthida目（鱿鱼）的各种头足类动物、刺突动物门（水母）的许多成员和Lampyridae（萤火虫）中发现，它们都通过化学反应（化学发光）产生光。可以观察到的一个更令人惊讶的景象是夜间水的发光（图1F），这是由夜光藻（通常被称为海火花）引起的，夜光藻是一种非寄生的海洋生活甲藻物种，常见于沿海浅水和河口。它的生物发光源于荧光素-萤光素酶系统集中在胞质溶胶内的球形细胞器（微源）中，并且是对闪烁N.的机械刺激的反应；类似的化学机制也在萤火虫和其他生物身上发挥作用。

 

图2 自然界中的发光

 

一般来说，深海生物利用其发光特性引诱猎物、交流、寻找配偶或作为防御机制，据估计，迄今为止，只有小部分生活在世界海洋中层带（>200–1000米深度）及其以下的发光生物被发现。然而，在这些生物发光实体中，有一种生物在发现一种荧光蛋白后获得了世界声誉，这种荧光蛋白彻底改变了生命科学研究：维多利亚水藻，它含有现在著名的“绿色荧光蛋白”（GFP）[1]。

 

维多利亚绿松菌通过快速释放钙离子产生光，从而激活光蛋白绿松蛋白，进而激发GFP。Aequorin是21.4kDa载脂蛋白、双氧和腔肠镜胺（荧光素）的复合物，其导致腔肠镜酰胺（激发态）的氧化形成和返回地面时在470nm处的蓝色发射度状态随后，GFP吸收腔肠酰胺的蓝色发射，并在505nm处发射绿色；因此命名为绿色荧光蛋白。

 

生物发光在水母中的生物学功能——请记住，到目前为止，还没有观察到连续的整体身体生物发光，这通常是从照片图像中错误地假设的（图1B）——还没有得到很好的理解，但据推测，在一些水母物种中，它被用来寻找配偶或用于防御目的。在其他生物中，可能会观察到复杂且快速变化的生物发光模式，这可能构成我们目前无法实现的一种交流形式。一些鱿鱼物种被观察到使用生物发光闪光来电击潜在的猎物。

 

发光现象并不局限于生物系统，而是可以出乎意料地发生在无数其他自然物体和系统中。其中之一是某些固体的发光能力，这是由于晶体结构响应外力的施加而发生变化，如在机械发光中。刮伤石英表面会导致岩石表面受到干扰时发光。类似地，压碎这种普通材料，如白色结晶糖，会引起闪光，因为键被破坏，能量部分以光的形式耗散。

 

化学键在某些固体的发光特性中起着重要作用，Alexander等[2]进一步证明了光子在结晶过程中同样可以产生，在结晶过程中，原子位于晶格中的某些位置并形成键。这种发光形式被恰当地称为晶体发光。

 

[1] Chalfie, M. GFP: Lighting up life (Nobel Lecture). Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2009, 48, 5603–11.

[2] Alexander, A.J. Deep ultraviolet and visible crystalloluminescence of sodium chloride. J. Chem. Phys. 2012, 136, 064512.

 

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