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科学普及

【科普文章】从夜光猪谈起

稿件来源: 发布时间:2018-01-19

  近日,北京的多种报刊都报道了在京发现了一头夜光猪,据说至今尚未对这头猪的肉为什么会有夜光给出答案。其实有些生物或非生命物质能发光并不是新鲜事,大可不必大惊小怪,无非是其中存有能发光的物质而已。当然猪及猪肉一般都是不发光的,因为猪不是发光生物,其体内一般 

  含有发光物质。值得探究的是这头猪的体内究竟含有什么发光物质,这种发光物质又是从何种渠道进入其体内的。因此发光猪只是个别的案例,搞清原委只是个检测与调查的问题,并不具有科学研究价值。 

  本身不能发光的猪,偶然成了具有发光能力的夜光猪,一定是其体内进入了能发光的物质。这类发光物质通常有两种,一类是荧光物质,另一类是所谓磷光物质。后者发光能力弱,通常条件下,肉眼不能观测。因此,夜光猪体内一定是含有某种荧光物质。像由几个苯环拼合在一起的萘、蒽、芘等所谓稠环化合物,都是常见的荧光物质。 

  至于谈到生物发光,这在自然界也是个较为普遍的现象,最为人们熟知的当属萤火虫。其实在动物的25个门类中,有13个门类中都有发光动物,从原生动物到脊椎动物都有。如海绵动物、腔肠动物、环节动物、软体动物、棘皮动物中都有能发光的动物。具体如海生蠕虫、海蜘蛛和多种鱼类等。 

  所谓生物发光实际上是生物体将化学能转变为光能的过程。所以生物发光的本质也是一种化学发光现象,它是源于生物体中的化学发光。 

  对生物发光从类型到机理都已有较为深入的研究。动物的发光有三种情况,一是细胞外发光,动物把发光物质排出体外而引起发光,如海萤、磷沙蚕等;第二种是细胞内发光,这是在生物组织内的发光,如栉水母;第三种是共栖细菌发光,动物靠专门器官窝藏发光细菌,而细菌从动物吸取营养以维持生命,这如耳乌贼等。在植物世界中,细菌和高等真菌中也有生物发光现象存在,夜光藻、闪光双甲藻、裸环藻等就是发光藻类的代表。从分布上看,很多发光动物遍及全球,如萤火虫等。也有些发光生物物种只存在于个别地区。值得提出的是海洋中特别是深海中,普遍存在生物发光现象。 

  也有人把生物发光区分为两类。一类是生物体的高强度、高效率的冷光发射,这种发射是生物体的某种功能。例如萤火虫的发光起通讯作用,有助于雌雄择配。雄性发光两秒钟后,雌性就有反映。有的生物如虾、萤乌贼、海萤等是用生物发光来逃避被扑食。这种生物发光的强度也因物种而异,但总体来说,它们的发光效率均远不如萤火虫。 

  另一种发光是指机体在许多生化过程中所伴随的一种弱光发射,它对于机体没有明显的生物功能。这种是生物体中的超微弱发光。这种生物发光也被称为生物的化学发光。这种发光与许多生物化学过程相联系,如氧化代谢、去毒作用、细胞分裂和死亡、光合作用、致癌作用以至生长调节等。这种超微弱的生物化学发光,有些也是由外来光提供能量引起的。 

  生物发光从细胞水平看,可以产生在细胞内,也可以产生于细胞外。生物的发光器可以是产生光的细胞丛,也可能是发光细胞组成的高度有组织排列的发光器官。 

  随着对生物发光研究的深入,人类也已对生物发光做出了多方面的的应用。 

  (1)利用生物发光测定自由氧的存在 

  因为生物发光都靠氧来维持,没有氧的存在,生物发光就不能进行。因此很早就有人用这种方法来测量氧的存在。例如,把发光细菌放在绿藻的丝状体上,然后将玻璃杯盖严。随着杯中的氧消耗殆尽,发光很快就停止了。当用对光合作用有效的光照射绿藻,由于光合作用放出氧气,细菌又能恢复发光。 

  (2)用生物发光测定ATP(腺苷三磷酸,一种重要的生物活性物质) 

  萤火虫的发光有赖于ATP的存在。将萤火虫的荧光素与ATP放在一起就会发生闪光,且发光强度与ATP的含量成线性关系。根据此种直线关系,就可从发光强度来确定ATP的含量。并利用这一原理设计出了可定量测定ATPATP测定仪。这种测定ATP的方法,也可用来测定某些其他生物活性物质。 

  (3)用光蛋白来测定生物体中的钙离子 

  光蛋白的发光反应需用钙离子来启动,因此有人用荧光蛋白与钙离子的反应来测定它的存在。这种方法是比化学反应测定更加灵敏的方法。 

  (4)用于环境监测和观赏 

  新加坡国立大学已培养出一种转基因斑马鱼,其体内携带有一个取自会发光的海洋珊瑚虫的基因。此种转基因鱼可在普通光线下呈现明亮的红色,在黑暗情况下接受紫外光照射时则发出荧光。研究人员试图让此种发光鱼在遇到特殊污染物时能发光,以用于环境监测。此种目的目前尚未实现,但这种发光鱼已于2004年作为观赏宠物在市场上出现。特别是在夜晚,各种颜色的发光鱼显现出的五颜六色的绚丽色彩,使人如同进入了神宫仙府,美不胜收。 

  (5)用于照明 

  有的生物的荧光素和荧光素酶很稳定,例如海萤荧光素及其荧光素酶都很稳定,可保存多年。只要把这两种粉末混在一起,加水润湿,就可以发出荧光,这可用于深海、矿井等某些特殊情况下的照明。 

  我们相信,随着生物发光研究的深入,它有可能在更多的方面得到应用。 

(作者:理化所老科协  张建成)

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