• 动物发光之谜:有哪些动物会发光?

  • 发布时间:2017-10-13 11:08 浏览:加载中
  •   在盛夏的夜晚,我们都喜欢在庭院中纳凉或到田间散步,到处都可以看到那些萤火虫打着小灯笼忙碌。它们飞来飞去,淡绿的萤火一闪一灭,为夏天的夜晚增添了许多趣味。

      说到发光,在生物世界里,我们首先会想到萤火虫,但除了这种昆虫外,还有许多生物也能发光,而且光就是它们的一种谋生手段,比如一些生活在深海里的鱼类。夜晚常在近海作业的渔民或者是长住海边的人,经常都能看到海面上有光带闪烁,这就是一些藻类发出的光,当它们受到惊扰时或是在大量繁殖时,似乎海洋都开始燃烧起来。有的时候,我们晚上在海滩上散步,能从海滩上找到沙蚕,这种动物也能发光。除此之外,能发光的动物还有水母、珊瑚、某些贝类和蠕虫等。世界上能发光的生物有很多,其中以海洋生物最多。

      *哪些动物会发光

      不同的生物发出的光颜色不同。比如在阳光照射后所有的植物都会发出一种很暗淡的红光,微生物一般都会发出淡淡的蓝光或绿光,某些昆虫会发黄光。

      在海洋中,主要有细菌、海绵、蠕虫、真菌、甲壳类、水母、珊瑚虫、鱼类、软体动物等生物能发光。“隐藻”是一种单细胞鞭毛藻,颜色是绿色的,它也发出绿色的光,如同盛开在海面上的绿色“花朵”。这些美丽的“花朵”很好看,但夜光虫的粘质是有毒的,不能用手去拿。

      有一种可以发出斑状的红色闪光的甲藻,一到夜晚就发光,有时船上的白帆也被它们映得红光闪烁。更有趣的是,有一种虫生殖过程中会发光,雌虫刚开始先发出的光连续而强烈,雄虫则一闪一闪、断断续续。雌虫到交配时先发出苍白的光,然后整个身体突然都放射出光芒,同时向水中泻出一些5厘米左右的球,形成一个光圈;而在距雌虫3~5米远处雄虫则断续地闪烁发光,好像在为雌虫欢呼,又好像在等雌虫的回应。同时从深处斜向直扑雌虫的发光中心,与雌虫准确地会合。然后这对“恋人”便翩翩起舞,同时泻出几个发光的大圆球,向水中排出精子和卵子。

      作为一种腹足纲动物,夜光蝾螺是最美的发光动物,形状很像一只大田螺。壳高与宽均约17厘米,以海藻为食。夜海螺会在晚上的月光下闪闪发光。用它作为原料渔民可制成酒杯,从而再现“葡萄美酒夜光杯”那段传说中的巧夺天工

      有一种长约3厘米左右的土甲虫生活在加里曼丹腹地密林中,被人们成为“手电虫”。它的胸部两侧各有一处能够发出亮光的透明的“小圆窗”,而且每次发光能持续5分钟之久。当地居民将长约12厘米的甘蔗掏空,再捉5~6只手电虫放在里面,只要打开盖子,轻轻地在筒上敲打几下,“手电筒”就会发光。如果“电池”用完了,可以临时再捉几只“手电虫”换进去,既简单又方便。

      南美洲还有一种会以自身变幻的灯光报警的萤火虫。当四周平安无事,它的头顶上会发出红色的萤光;当附近出现敌害或有危险情况来临时,它会以一种特殊的方式报警:熄灭头顶的红灯,而以尾部发出绿色的萤光,同伴发现绿色报警信号,便会立刻分散逃匿。

      还有一种松球鱼像灯笼一般模样,因为外形长得像菠萝,因此欧洲人又叫它“菠萝鱼”。夜间,松球鱼像是挂在水中的一盏盏灯笼在水中飘来荡去,整个海底世界被它妆点得颇具节日气氛。

      *动物的发光方式

      研究发现,动物本身因具有发光细胞或由发光细胞构成的发光器而发光。

      发光细胞是起源于皮肤而发生了变异和特化的腺细胞,能分泌荧光素和荧光素酶。如果它同时含有荧光素和荧光素酶,那么在细胞内就可进行发光,这种方式称为细胞内发光;如果发光细胞内仅含有荧光素或荧光素酶,那么就必须在分别含有荧光素和荧光素酶的不同发光细胞之分泌物相遇时才能发光,这种方式称为细胞外发光。

      细胞内发光的有细菌、单细胞动物、低等无脊椎动物、萤火虫和某些鱼类等生物类群;而细胞外发光的有水母、介形类、高等无脊椎动物以及某些鱼类等生物类群。受到刺激后,某些蚯蚓能从背孔排出一种淡黄色粘液,与空气接触后才能发出一种黄绿色光。

      有些发光动物既有发光细胞,还有发光器(由发光细胞、色素层、反光层和晶状体所构成的),其结构正好与光感受器(眼睛)相反。某些发光类群如樱虾、磷虾、头足类和鱼类等都有相当复杂的发光器。其发光器的数目和排列方式在同种动物中恒生不变,所以发光器在动物分类学上意义重大。鱼类的发光器多分布于头部和上下颌,尤为眼睛的下方和贴后方,以及身体两侧和腹面,身体背面没有发光器,这反映鱼类发光照明的区域只有身体前面和下面。

      有些动物因为与发光细菌发生共生,虽然没有发光细胞,但也能发光。不少发光鱼类即是如此。

      *动物发光的作用

      发光作为一种生物行为,具体地说就是一种生物通讯。那么动物发光是为了什么呢?发光具有哪些用途?

      第一,求偶。动物在生殖季节通过发光招引配偶,从而实现两性聚合,利于传种繁衍后代。萤火虫的发光就很典型,并且信号系统非常复杂。雄虫夜间在林中飞翔时,通过向配偶发出呼吁信号(有节奏的闪光),而雌虫则立即发出应答信号。这两种信号(呼与应)的时间间隔十分严格,很有规律。不同种类的萤火虫闪光型式不同。就是说,种类不同,闪光频率、强度和颜色也不同。这种不同的闪光类型就成为信号语言,用来帮助异种互相辨别和同种雌雄求偶。如果雄虫判断失误,或雌虫发出的应答信号太早或太迟,长翅的“求婚者”就可能牺牲生命,因为雌虫会吃掉比自身小得多的雄虫。

      第二,引诱食饵。有许多双翅目幼虫生活在新西兰一个村庄附近的山洞里,通过发光发出粘液丝,它们可以吸引和捕食细小昆虫。深海中生活着一种角目鱼类,其背鳍的第一鳍条演变为能发光的钓竿,通过明暗闪光吸引把小鱼吸引过来,进而把它们吞食掉。

      第三,防御敌害。枪乌贼和乌贼遇到敌害时,会通过向进犯者发放一团团液态火焰进行自卫,形状、大小往往和它们的体型差不多,这样就会误导追踪者进攻其替身——发光的火团,而不去追捕被追捕者自身,从而使追踪者受骗上当。与此同时,枪乌贼和乌贼便趁机逃生。这种自卫方式与用喷射墨汁掩护退却而御敌的道理非常相似。在被置于捕食者“虎口”的一瞬间,有的发光动物会突然发出闪光,令捕食者目瞪口呆,从而趁机逃走;甚至有的发光动物在被切成两段时,尾段继续发光,而立即熄灭头段的灯,变成黑色;捕食者吞食了尾段,头段则在趁机逃走之后,“再生”出尾段。

      动物借发光诱食与御敌的生物学意义,必须说明的一点是。不管是诱食还是御敌,发光器与深海生活之间并无特别密切的必然联系,因为这将导致发光动物明显暴露自身,违背其为诱食和御敌而发光的“初衷”,会搬起石头砸自己的脚,所以和人们在夜间行走而手提照明灯那种情况并不相同。何况生活于海面或接近于海面的鱼类中,也有发光器的,有的发光器结构甚至还相当复杂。相反,永久生活于深海的鱼类,也有无发光器的。如此看来,生物发光的生物学意义尚有进一步深入研究的必要。

      相关链接——萤火虫的发光原理

      萤火虫有许多种,有的萤火虫变成成虫后反而不发光了,只在幼虫时发光。以前很多人认为:萤火虫发光这种信号是为了向异性求爱,但在大自然里还有许多萤火虫不发光,而且有的在卵和幼虫时发光,可见上面的对发光的解释是难以令人置信的。

      对萤火虫的发光目的进行了种种考察后,日本萤火虫专家神田左京仅仅得出了“由于萤火虫体内有发光物质,所以它能够发光”的结论。这样看来,萤火虫发光的目的,如果不问萤火虫本身,我们将无从得知。

      通过调查研究,现在人们得知,萤火虫之所以能够发光,是因为存在于其体内的发光物质发生了化学变化。这种化学变化称为“萤光素”,是一种“酶反应”。有人早在1916年就已发现这种反应,麦克埃利等人又在1957年分离出萤光素;怀特等人在1961年推导了它的结构,通过合成,他们还确定了它是具有D-构型的方式。

      萤火虫在进行生物发光时需要许多物质存在,比如D-萤光素、萤光素酶、腺苷三磷酸(ATP)、2价镁离子(Mg2+)和氧等。但是,L萤光素——天然萤光素的对映体却不发光。通过其它化学发光物质及萤光素的模拟化合物的发光机理,可来类推这种发光反应中的化学变化。现在认为它是按照这样的方式来发光的:

      首先,在Mg2+的存在下,萤光素受萤光素酶的作用,与ATP反应,生成萤光素腺耷酸和焦磷酸。

      第二步,在萤光素酶的作用下,萤光素腺苷酸进一步与分子氧反应,生成氢过氧化物阴离子,这种阴离子是按照发光反应第一步的途径,可以生成含有萤光素腺昔酸和焦磷油的二氧四环的化合物。但由于这种化合物是能量很高且不稳定,所以它会很快分解,放出二氧化碳,生成一种羰基化合物。这时羰基化合物一直是处于激发状态中的。通过模拟实验人们发现,它直接发出来的光是红光,而实际上萤火虫发出来的光是由羰基化合物再脱掉一个质子后生成的阴离子所发的光,所以是黄绿色。
  • (责任编辑:中国历史网)
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