在科学家手中，那些在暗中发光的植物和动物，将成为揭示人类生命之谜的有力工具。

夏夜，在乡间小道上散步时，包围着你的黑暗中处处闪现着点点亮光。萤火虫闪闪发光，翩翩起舞；一只萤火虫从它栖息的草丛中发出微弱的闪光；你脚下的一只蘑菇也发出暗淡的绿光。

海洋中也充满了发光的生物：蛤、鱼、枪乌鲗、海绵和细菌，都在暗中闪闪发光。实际上，深海中90%的生物都能发光。

如今，这些艳丽的生物，有的已离开家园，来到了实验室，在那儿，它们可以充当有用的活工具。它们的发光机制——生物发光，可以用来揭示从化工厂废弃物的毒性、肌肉组织细胞的功能、直至辐射的安全剂量等差别迥异的种种事物。令人难以置信的是，现已证实，这些发光的生物比人类发明的任何一种仪器更为灵敏。

然而，大自然早已在人类之前就利用生物发光机制了。如在海洋中，许多肉食动物利用它们的天然发光机制捕捉食物。有些深海鲨鱼在腹部附近长有发光器官。有一种理论认为，当鲨鱼在黑暗中游过一条鱼身边时，这种发光器官就会发光。突然见到亮光的猎物大吃一惊，停在原处一动不动，于是，鲨鱼轻而易举地就能美餐一顿。有的鮟鱇，在它们用作钓竿诱使猎物入口的附肢末端，带有一个装满了闪闪发光的细菌的球状物。

有的动物利用发光机制逃避食肉动物。有几种深海枪乌贼会对攻击者喷出一股发光的墨汁，使敌人一时眼睛失明，晕头转向，自己则逃之夭夭。有的萤火虫会增加闪光的频率，也许是为了提高降落时的亮度，避免落在水中和蛛网上。

还有的生物利用它们的发光机制照亮水下的环境。一种具有发光眼睑的鱼，每只眼睛下都有装有发光细菌的囊，这些囊也许能在它捕食时助一臂之力。

大多数深海鱼类仅对蓝光敏感，光谱中只有这种色光能透入深海。但有一种鱼（Aristostomias scintillans）能见到红光，在它的眼睛底下，有发光的红斑，也许是为了便于偷袭猎物。有人猜测，它们彼此间也用红光交换信息。

还有些细小的发光微生物，会把从它们身边游过的鱼类出卖给食肉动物，自己亦可饱食残羹。热带雨林是发光真菌的故乡，夜晚，有的发光真菌在130呎外就能被人发现。而每种发光细菌的发光时间、光的振幅和波长均不相同。

生物求偶时也要借助于亮光。在繁殖季节，海洋中的雌萤火虫（odontosyllis）浮到海面上，密集于圆圈中游动着产卵，卵的外面裹着发绿光的粘液。雄虫受到绿光和游动着的雌虫的吸引，就赶来给这些卵受精。

萤火虫也是有名的发光求爱音。这种小甲虫求偶时，就是靠它身体腹侧专门的发光器官发出不同的闪光。一种雌萤火虫（Photuris）不仅发出光信号来诱惑自己这一个种类的雄虫，亦会模仿其他种的雌虫的性生活信号。毫无戒心的雄虫被它引去赴会，却发现等着它们的不是甜蜜的幽会，而是遭到捕食！

弗罗里达大学的昆虫学家詹姆士 · 诺伊德最近发现，Photuris的雄虫也会模仿被捕食的雄萤火虫的性生活信号，这显然是为了接近它们那个种的雌虫。如果Photuris雄虫像一只被捕食的雄萤火虫那样发着信号飞来飞去，雌Photuris就会飞过来，它们就能进行交配。

某些生物，如单细胞的横裂甲藻的发光现象仍是一个谜。夜里在海里游过泳、划过船的人，都看到过起伏的海水在闪闪发光。引起海水发粼光的就是这些微生物。但是，这些微生物为什么要发光呢？生物学家认为，当这些微生物挤在一起时就会发出闪光，从而为夜间觅食的食肉动物照亮游过的鱼类。而它们自己则可靠残羹剩饭饱餐一顿。

如果生物发光有这么多的理由，那么，为什么没有更多的生物发光呢？淡水生物在暗中发光的种类很少。在陆地上，两栖类、爬行类、哺乳类和高等植物都不会自然发光。

没有人讲得清楚为什么有的生物发光，有的又不发光。但是科学家确实知道生物是怎样发光的。无疑，人类数千年前就知道生物发光现象了，但是，我们理解发光机制还是不太久远的事。亚里斯多德注意到新劈开的木材发光；哥伦布在航行到新大陆的途中，也许看到过海洋中发光的虫子。但是，直到100年前，法国生理学家拉菲尔 · 杜勃瓦才首次解释了发光的化学机制。

所有的生物发光都是在分子水平上进行的。首先，分子必须先被送到一个更高的、不稳定的能级；在它回到原来的能级时，就放出一个光子。关键在于把分子送到更高的能级。生物发光是通过化学方式，发荧光是通过物理方式，如紫外光。

至少有十几种不同的化学反应会导致生物发光。在这类化学反应中，起关键作用的分子就是虫萤光素。在虫萤光酶的作用下（有时还有一些其他的分子，这随生物的种类而异），当虫萤光素与氧结合时，就可把分子送至足以发光的高能级。

闪闪发光的蓝色细胞

海蜇（Aequorea）的发光机制又有所不同，它周身边缘都有闪闪发光的蓝色细胞，如果海蜇受到刺激或处于兴奋状态，它就会放出钙离子，钙离子即激发水母发光蛋白放出光子。

没有人知道为何会形成这些发光系统，它们是如何起源的。已发现某些化石具有可辨认的发光器官，但对这些动物的遗传背景了解不多，无法指出这些发光器官是如何进化的。

但不管科研人员是否了解生物发光的原因，他们现在在实验室中已经发现了多种生物发光方式。在医学、化学，甚至工业上，生物发光已迅速变为无价的研究工具。

生物发光一项最普通的应用，就是早期发现细菌感染。这项诊断技术就是将萤火虫尾巴上的化学物质加到病人的尿样中去。这些化合物需要有所有活细胞新陈代谢都少不了的ATP才能发光，它们会与各种细菌中的ATP反应，唯独尿中不含ATP。因此，如果试样发光，就证明存在细菌感染。发出的光线可能十分微弱，但可用类似于天文学家研究遥远而微弱的星光的那类深测器精确测定。

还可用生物发光来测定某些化合物的含量。当抗菌素、农药或化学污染物与某些细菌混在一起时，会使其发出的光变暗。根据光线减弱的速率，就可知道这些化合物的效力，并可据此推测其含量。

美国乔治亚大学的生物化学家弥尔顿 · 科弥尔和约翰 · 澳姆普勒，正用海蜇的水母发光蛋白研究人体细胞的功能。之所以选用水母发光蛋白，是因为它遇钙离子就会发光，而钙离子是我们人体多种效应必不可少的元素；没有钙，我们的神经和肌肉就都要失去功能了，科研人员将水母发光蛋白注入单个细胞并测定发出的光线。这样就能精确测定细胞中钙离子数的增长。

底特律西奈医院的放射科医生约瑟夫 · 曼特尔利用细菌的生物发光现象来测定可以安全有效地令死癌细胞的放射剂量。同样剂量的两类不同的放射物，对某一病人来说，其放射强度和效力差异很大。

但还有一个令人伤脑筋的问题：如何才能生产足够的生物发光物质呢？加利福尼亚拉霍亚的海丰生物学家肯尼思 · 纳尔逊和他在斯克利普斯海洋研究所及阿古隆海洋研究所的同事们正在从事这方珉的研究工作。他们已将能生物发光的细菌植入繁殖迅速的大肠杆菌。如果能找到一条具有生物发光机制的鱼，并将其基因植入像酵母菌这样繁殖很快的微生物，就能无休止地产生一种极有价值的化合物。这正是生物学家们极感兴趣的研究课题。

[Science Digest，1984年第1期]