生物发光

生物发光是生物产生光的能力。通常是通过共生来实现的。在这种情况下,较大的生物体往往在一个特殊的器官中含有微生物,这些微生物可以产生光。真核生物的原生动物有特殊的细胞器,一些细菌也能产生光。生物发光是化学过程的结果,产生的能量以可见光的形式释放出来。生物发光在进化过程中多次出现。

ATP(三磷酸腺苷)是生物能源,在荧光素酶的帮助下与荧光发生反应,产生一种中间复合物。这种复合物与结合,产生一种高度化学发光(亮光)的化合物。

伽马蛋白在产生光方面的作用,在参考文献中有详细的讨论。产生光的能力是正常新陈代谢的延伸:所有的化学反应都会产生一些光子。当光子产生量增加时,就会产生可见光。就细菌而言,该反应的原始功能可能是解毒过量的氧气。

飞翔和发光的Photinus pyralis,一种萤火虫。Zoom
飞翔和发光的Photinus pyralis,一种萤火虫。

蛱蝶

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蘑菇的生物发光种类实例...

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......关了灯就会发光。

海洋

生物发光主要是一种海洋现象。

"在地球可居住体积的最大部分,即深海中,生物发光是主要的光源。相反,在淡水中,甚至在贝加尔湖中,基本上不存在生物发光现象(少数例外)"。

生物发光存在于海洋的各个层面:浮游生物、水层生物和底栖生物。一些浮游生物类群,如双甲虫和栉水母(梳水母)大多数种类都使用它。大多数深海海洋生物都以某种形式使用生物发光。通常,海洋光发射属于蓝光绿光光谱,这些波长最容易透过海水。

生物发光的功能

列表见Biolum网页。

反照伪装

在一些乌贼物种中,细菌生物发光被用于反照,所以动物与从下面看到的头顶环境光相匹配。在这些动物中,光器官控制这种照明的对比度,以创造最佳匹配。通常这些光器官与含有生物发光细菌的组织是分开的。

吸引力

生物发光被一些深海鱼类(如鮟鱇鱼)用作吸引猎物的诱饵。鱼头上悬挂的鱼饵会吸引小动物到它的攻击距离内。然而,有些鱼类则使用非生物发光的诱饵。

厨师鲨利用生物发光来进行伪装,但它的腹部有一小块仍然是深色的,在它下面游动的金枪鱼和鲭鱼等大型掠食性鱼类看来,它就像一条小鱼。当这些鱼试图食用"小鱼"时,就会被鲨鱼咬伤,鲨鱼会从宿主身上抠出圆形的"饼干刀"状的小肉块。

双鞭毛虫在这个机制上有一个有趣的变化。当浮游生物捕食者通过水中的运动被感应到时,双鞭毛虫就会发光。这反过来又吸引了更大的捕食者,它们会吞噬双鞭虫的潜在捕食者。

吸引配偶是生物发光的一个重要功能。这在萤火虫身上可以看到,它们在交配季节利用腹部的周期性闪光来吸引配偶。在海洋环境中,只有在某些小型甲壳类动物中才有充分的记录,但可能很常见。

斥力

某些乌贼和小甲壳类动物使用生物发光,就像许多乌贼使用墨水一样。一团发光云被排出,迷惑或驱赶潜在的捕食者,而乌贼或甲壳类则逃到安全地带。每种萤火虫的幼虫都会发光,以驱赶捕食者。

萤火虫Zoom
萤火虫

雌性的Lampyris noctiluca,普通萤火虫。Zoom
雌性的Lampyris noctiluca,普通萤火虫。

生物技术

生物发光生物是许多研究领域的目标。路西弗酶系统被广泛用于基因工程领域。它们还被用于生物医学研究,给一些细胞打上可见的标签。可以将荧光素添加到分子和细胞中,使其在显微镜下可见。"这个市场现在价值约200亿英镑。如果你去医院做血液检测,测量病毒蛋白癌症蛋白、激素维生素细菌蛋白、药物,几乎肯定会使用这种技术"。

光团是生物发光生物体中的产光器官,工业设计人员正在研究其结构。

南极磷虾生物发光的艺术效果图Zoom
南极磷虾生物发光的艺术效果图

生物发光生物

这是一份具有可见生物发光的生物清单。

陆生生物

畜生。

鱼类

  • 鮟鱇鱼
  • 饼干式鲨鱼
  • 手电筒鱼
  • 鳗鱼
  • 鮟鱇鱼
  • 海洋斧头鱼
  • 舯鱼
  • 松果鱼
  • 蝰鱼

萤火虫

萤火虫虽然叫萤火虫,但实际上是甲虫,它们利用一种叫做荧光素的化合物的酶促反应,产生典型的绿色闪光。除了可能警告捕食者它们的毒性之外,人们认为它们腹部闪烁的主要目的是为了吸引配偶。

海洋无脊椎动物

微生物

  • 双鞭毛虫(如Noctiluca scintillansPyrodimium bahamense)。
  • 弧菌科(如:Fischeri弧菌Harveyi弧菌Phosphoreum弧菌)
  • 海洋细菌科Shewanellaceae的成员,Shewanella hanedaiShewanella woodyi是生物发光的。

问题和答案

问:什么是生物发光?
答:生物发光是指生物产生的光。

问:生物发光是如何工作的?
答:生物发光是通过化学过程进行的,产生的能量以可见光的形式释放。

问:哪些生物体产生生物发光?
答:真核生物体有产生生物发光的特殊细胞器,一些细菌也产生这种类型的光。

问:产生生物发光的能力是从哪里来的?
答:产生生物发光的能力是正常新陈代谢的延伸;所有的化学反应都会自然产生一些光子,当光子产生量增加时,就可以看到可见光。

问:在细菌中产生生物发光的原始功能是什么?
答:在细菌中产生生物发光的最初功能可能是为了解毒过量的氧气。

问:什么是荧光素和荧光素酶?
答:荧光素和荧光酶是参与ATP(三磷酸腺苷)和氧气之间的反应,产生高度化学发光(亮光)化合物的成分。

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