萤火虫发光不只是照亮夜空
  • 来源:科普时报
  • 作者:邹晓川 张 娅 刘 萍
  • 2023-08-22 07:59

视觉中国供图   

近日,在四川省眉山市青神县,其优良的生态环境吸引了大量萤火虫繁衍生息。提到萤火虫,大家或许会在脑海中闪过一幅画面:暮色下的森林里,萤火虫自由飞舞,宛如浩瀚宇宙中的颗颗恒星,萤火微光为森林增添神秘的光圈。

那你知道萤火虫为什么会发光吗?它又是如何发光的?

两种作用,繁衍后代和警示

萤火虫,是鞘翅目萤科的昆虫,全球有2000多种。古代希腊人称萤火虫为“朗皮里斯”,意为“屁股上挂灯笼者”,法语中则称它为“发光的蠕虫”。

萤火虫发光和人靠衣装马靠鞍,是一个道理,只有将自己打扮得光鲜亮丽才能吸引异性繁衍后代。

科学家研究发现,有些种类的萤火虫只有雄性腹部末端会发光,而有些种类雌雄都会发光。萤火虫发光有两个目的:一方面,通过一闪一闪不同节律的“光语”,来传达相互之间的求偶信号。另一方面是为了警示,蜥蜴误食萤火虫会死亡,证明萤火虫发光还有警告其他生物的作用。

拥有发光细胞,闪亮却不会被烧伤

萤火虫发光需要具备荧光素酶、荧光素、金属离子等条件。

萤火虫有专门的发光细胞,里面有萤光素和荧光素酶两种物质。其中,荧光素在荧光素酶催化下,与氧气反应产生激发态的氧化荧光素,当它从激发态回到基态时就会释放光子发光。萤火虫反应中的能量95%都转化成光,只有极少部分用于发出热量,因此它的腹部末端虽然很亮,却不会被烧伤。

科学家认为,荧光素酶中和底物荧光素作用的氨基酸残基,决定了荧光素结构变化发光的颜色,当作用氨基酸为丝氨酸时发黄绿色光,而当作用氨基酸为天冬氨酸时发红光。也有学者认为,荧光素酶活性口袋的大小决定了嵌入口袋的荧光素发光颜色,这是因为活性口袋大小可以引发相互作用的水分子不同,导致活性口袋极性的差别,从而使得发光颜色有差异。

应用广泛,可快速准确判断水质好坏

萤火虫的光很美,但正因为这美丽的光,使其容易被一种妖扫萤属的雌虫盯上,因为这些雌虫可以模仿另一种萤火虫发出一整套光信号,当雄虫接收到信号赶来时,萤火虫就会被它们残忍吃掉,由此可见,萤火虫的世界相当险恶。

在我们心中,萤火虫是浪漫和美丽的,但实际上,它们却是肉食动物,以小型蜗牛、蛞蝓、蚯蚓,甚至贝壳和螺丝为食。尤其是萤火虫的幼虫,都是肉食动物,而成虫却可能会以植物花蜜或花粉为食。

萤火虫散发的光不仅照亮黑夜,其发光原理在现实生活中还有着广泛的应用。比如在医学领域中,荧光素被用于研究细胞和分子活动,将荧光素标记在细胞或分子上,通过发光情况来研究其活动和变化。另外,荧光素还被用于环境监测,尤其是在水质检测中,科学家可以将荧光素标记在水中的微生物上,通过观察其发光情况来判断水质的好坏,这种方法不仅快速、准确,而且对环境没有任何污染。荧光素发展空间巨大,未来,我们将深入研究,让它发挥更大作用,相关研究成果用于日常生活中。

萤火虫是环境良好的重要指标,最近几十年,随着城市化进程的加快,农药化肥滥用,导致萤火虫的环境受到影响,难觅踪影。为保护“夏夜精灵”,呼吁公众行动起来,从身边的点点滴滴做起,选择低碳出行,发展清洁能源,加强自然保护区的建设和管理,还“夏夜精灵”一个美好的家园。

(第一作者系重庆第二师范学院生物与化学工程学院教授,第二、第三作者系重庆第二师范学院生物与化学工程学院药物分析专业本科生)


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