点击下方音频，让耳朵“感受”力学
正文共有 1560 字
阅读时间约 5min
如果觉得眼睛太累
可以点击音频感受
每年夏天的夜晚，萤火虫在森林、草地或河边飞舞，它们闪烁的光点如同星星落入人间，给夜晚增添了一份神秘的魅力。“雨打灯难灭，风吹色更明。若非天上去，定作月边星。”李白在《咏萤火》这首诗中也赋予了萤火虫极高的赞誉。然而，你是否好奇过：这些小小的昆虫为何能在黑夜中发光？它们的发光原理又是怎样的呢？
🔺图片来源：[2]
萤火虫的发光现象属于“生物发光”。生物发光是一种生物体通过化学反应产生光的现象。这种发光现象广泛存在于自然界中，除了萤火虫，还有一些海洋生物、真菌、微生物等都具有生物发光能力。
🔺水母等发光动物的发光行为图（图片来源：[3]）
不同于我们熟悉的电灯或太阳光，生物发光产生的光是一种冷光，即发光过程中几乎没有热量产生。萤火虫、萤光海洋生物等的光照亮的环境，不会像白炽灯那样发热，而是纯粹的光。
🔺图片来源：[1]
萤火虫的发光过程是一个复杂的生化反应，涉及到化学物质、酶以及氧气等多个因素。具体来说，萤火虫的发光是通过以下几种关键成分的相互作用实现的：
🔺图片来源：[4]
这是萤火虫发光的主要化学物质。荧光素本身是不发光的，它需要在特定的条件下参与反应，才能释放出光能。
这种酶是催化荧光素发光反应的关键。荧光素酶能够加速荧光素和其他物质之间的化学反应，使荧光素在氧气的参与下释放光能。
氧气是反应中的必需成分，它与荧光素在荧光素酶的帮助下发生反应，释放出光能。
ATP是细胞内的能量货币，为生物体提供能量。在萤火虫的发光反应中，ATP提供了所需的能量，促使反应顺利进行。
萤火虫的发光反应可以用以下简化的化学式来表示：
🔺图片来源：[1]
这个反应的关键在于荧光素和氧气的化学反应。首先，荧光素和氧气结合，在荧光素酶的催化下发生反应。这个过程中，荧光素的分子结构被改变，释放出光子，从而产生我们看到的光。而这整套反应所释放的光是冷光，即几乎不伴随任何热量，光的波长和强度可以通过调整反应的条件来控制。
虽然萤火虫的发光过程看似简单，但它对于它们的生存具有重要意义。萤火虫的发光主要有以下几个用途：
最为人熟知的萤火虫发光原因是繁殖。成千上万的雄性萤火虫通过发出特定频率的光信号来吸引雌性。不同种类的萤火虫发出的光具有不同的闪烁模式，这样雌性就能识别出合适的雄性。雌性萤火虫通常是通过对光信号的回应来表达是否接受求偶，雄性则通过更加频繁和明显的光信号来吸引雌性。
🔺（图片来源：[5]）
除了繁殖，萤火虫的发光还具有防御作用。很多捕食者，如鸟类或爬行动物，厌恶或避免吃到能够发光的昆虫。萤火虫发出的明亮光点可能是其自我保护的一种策略，用于警告潜在的捕食者：“我有毒”或“我不容易捕捉”。这种警告信号能够减少它们被捕食的机会。
🔺（图片来源：[6]）
一些种类的萤火虫，特别是那些生活在湿地和森林地带的种类，它们利用发光来诱捕猎物。这些萤火虫的发光吸引了其他小昆虫，如蚊子或飞蛾，从而帮助它们捕食。这种捕猎方式主要见于一些雌性萤火虫，它们会用发光吸引雄性萤火虫靠近，然后捕食它们。
萤火虫发光的演化
萤火虫的发光能力并非一蹴而就，而是随着进化逐渐形成的。科学家认为，生物发光可能最初并不是为了吸引配偶或者防御捕食者，而是为了适应特定的生态环境。例如，在昏暗的环境中，发光可能帮助它们在夜间找到食物或躲避天敌。随着时间的推移，发光逐渐演化成了一种复杂的社交行为和繁殖策略。
不同种类的萤火虫发光的方式和原因也有所不同。一些萤火虫通过持续的亮光来吸引异性，而另一些则通过短促的闪烁来进行求偶。在某些地区的萤火虫种群中，群体间还会协调发光，以形成壮观的“灯光秀”，这也是生物发光的另一种进化表现。
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/4xXHGaEaQYM89PSriZwH0Q
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/VGsW3Lbs_aJJ0ftGA8Mn7g
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/Z6DVGSsKAPMh4eKy5NVHEA
[4]https://mp.weixin.qq.com/s/R_oGFlS5AZZyDNdmTB-v7w
[5]https://mp.weixin.qq.com/s/r1lvo1Q_H6Newyu4xG-fPg
[6]https://mp.weixin.qq.com/s/dVh4RF0d_b9Bkxbbwuc25A
[7]曹成全,张毅,王义哲,等.萤火虫的研究、保护及开发利用进展[J].环境昆虫学报,2023,45(01):1-22.
[8]Y Oba，K Konishi，D Yano，H Shibata，T Shirai. Resurrecting the ancient glow of the fireflies[J].Science Advances, 2020, 6(49):1-11.
图片源自于网络和AI创作，仅供科普参考
温馨提示
如果你喜欢本文，欢迎转发分享，转载请注明出处。
合作及投稿事宜请联系：ljlrpina@cstam.org.cn
