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生物光是生物世界里的發光現象。生物發光並非生物的基本生理功能,因此不是所有生物都能發光。但生物發光卻是一種普遍的自然現象。

1能發光的生物

除人們熟知的螢火蟲外,原生動物、腔腸動物、軟體動物、節肢動物、被囊動物和魚類等,都有發光種類存在,約有40~50個生物類群。在這些發光生物中,陸生種類見於螢火蟲、百足蟲、千足蟲、蚯蚓和蝸蟲等少數無脊椎動物。有些植物和真菌也能發光,如發光樹、發光草和發光花;能發光的陸生脊椎動物缺乏報道,但據說有些雕鴞和貓頭鷹因羽毛粘有發光真菌而能發光。在非洲基爾森林裡,有一種杏黃色的螢鳥,其頭部和翅膀生有羽毛,其餘部分都是光溜溜的硬殼,但布滿了一層發光細胞,當地人把這種小鳥養在籠子里,夜裡當作燈籠照明;淡水生的生物發光種類也為數極少。絕大多數的發光生物包括細菌、無脊椎動物和魚類均屬海產。

生物光

生物光
由於海洋生物發光極其普遍,所以沿海漁民常將海水發光稱為「海火」。海火可分三種
1.乳狀海火 是指細菌不經刺激即能產生的一種不間斷的連續發光。
2.火花狀海火 是指小型浮游生物經受刺激后所發出的一種不連續的間斷髮光。
3.閃光海火 是指某些水母經受刺激后所產生的一種瞬間發光。

2生物的發光方式

生物本身因具有發光細胞或由發光細胞構成的發光器而發光。
發光細胞是起源於皮膚而發生了變異和特化的腺細胞,能分泌熒光素和熒光素酶。如果發光細胞內同時含有熒光素和熒光素酶,則發光可在細胞內進行,此稱細胞內發光;如果發光細胞內僅含有熒光素或熒光素酶,則發光必須在分別含有熒光素和熒光素酶的不同發光細胞之分泌物相遇時才能產生,此稱細胞外發光。細胞內發光的生物類群有細菌、單細胞動物、低等無脊椎動物、螢火蟲和某些魚類;細胞外發光的生物類群有水母、介形類、高等無脊椎動物和某些魚類。某些蚯蚓受到刺激后,能從背孔排出一種淡黃色粘液,與空氣接觸后才能發光(一種黃綠色光)。
有些發光動物不但具有發光細胞,有的還有由發光細胞、色素層、反光層和晶狀體所構成的發光器,其結構正好與光感受器(眼睛)相反。某些櫻蝦、磷蝦、頭足類和魚類等發光類群都有相當複雜的發光器。發光器的數目和排列方式在同種動物中恆生不變,所以發光器在動物分類學上具有重要意義。魚類的發光器多分佈於頭部和上下頜,尤為眼睛的下方和貼後方,以及身體兩側和腹面,身體背面沒有發光器。這反映魚類只對身體前面和下面的區域發光照明。
有些動物沒有發光細胞,但也能發光,這是因為與發光細菌發生共生的緣故。不少發光魚類即是如此。

3生物發光的應用

提起光,人們便會想到熱,因為光能產生熱。然而生物光只發光不產熱,故名冷光。生物光的波長範圍為450~700納米,與白熾光相比,它的顏色是藍綠色光,也有黃色光、橙色光和紅色光的。生物光的能量轉化率幾乎是100%,而白熾光只有12%的能量轉化為光,可見生物光比白熾光效率高得多。
因為冷光本身無熱,所以沒有爆發火花的危險,在油庫、炸藥庫、礦井等易燃易爆場所,用其作照明光源最為理想,因此被稱為「安全之光」。如果將富含發光微生物的海水裝入玻璃燈泡中,就製成了一種簡單的「冷光燈」,或稱細菌燈。早在1935年,在巴黎海洋學院召開一次國際會議時,其會議大廳安裝的就是這種冷光燈。冷光的應用範圍很廣,它既可用於照明,又能應用於航空、航海、捕魚和野營等方面,如飛機的照明系統發生故障,冷光燈可作為呼救信號燈,使飛機獲救轉危為安。

4生物學意義

1.求偶信號
在生殖季節,動物通過發光招引配偶,達到兩性聚合,利於傳種繁衍後代。螢火蟲的發光即為典型的求偶信號,並且是一個複雜的信號系統。夜間,雄蟲在林中飛翔時,以有節奏的閃光向配偶發出呼籲信號,而在樹枝或草叢中爬行的雌蟲則立即發出應答信號。呼與應這兩種信號的時間間隔十分嚴格,很有規律。不同種類的螢火蟲有不同的閃光型式,就是說在閃光頻率、強度和顏色上因種類而異。這種不同的閃光型式就成為異種互相辨別和同種雌雄求偶的信號語言。如果雄蟲判斷失誤,或雌蟲的應答信號發出太早或太遲,長翅的「求婚者」就有可能付出犧牲生命的代價,因為雌蟲會把比自身小得多的雄蟲吃掉。
2.引誘食餌
在紐西蘭一個村莊附近的山洞裡,生活著許多雙翅目(Bolitophilidae)幼蟲,它們必泌發光的粘液絲,藉此吸引和捕食細小昆蟲。深海的角目(Ceratioidea)魚類,其背鰭的第一鰭條演變為能發光的釣竿,通過明暗閃光吸引小魚到嘴邊,進而落入它陰險的大口。
3.防禦敵害
槍烏賊和烏賊遇到敵害時,其自衛方式是向進犯者發放一團團液態火焰,其形狀、大小往往與它們的自身體型相似,誤導追蹤者不去追捕被追捕者自身,而是進攻其替身──發光的火團,從而使追蹤者受騙上當。與此同時,槍烏賊和烏賊便趁機逃生。這種自衛方式與用噴射墨汁掩護退卻而禦敵的道理十分相似;有的發光動物當被置於捕食者「虎口」的一剎那間,突然發出閃光,令捕食者目瞪口呆,從而趁機逃走;有的發光動物甚至被切成兩段時,其尾段繼續發光,頭段卻立即將燈熄滅,變成黑色;捕食者吞食了尾段,頭段則在趁機逃走之後,「再生」出尾段。
動物借發光誘食與禦敵的生物學意義,有一點值得說明。誘食也好,禦敵也罷,發光器與深海生活之間並無特別密切的必然關聯,即並非如人們在夜間行走而手提照明燈那樣,因為這將導致發光動物明顯暴露了自身,違背其為誘食和禦敵而發光的「初衷」,似有「自搬石頭砸自腳」之嫌。何況生活於海面或接近於海面的魚類中,也有有發光器的,甚至有的發光器結構還相當複雜。相反,永久生活於深海的魚類,也有無發光器的。如此看來,生物發光的生物學意義尚有進一步深入研究的必要。

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