自然界冷光揭秘

夏天的夜晚，在溪水邊或草叢中，飛舞著一只只發出黃綠色光的螢火蟲。唐代詩人杜牧曾為它吟詠：“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天街夜色涼如水，臥看牽牛織女星。”人們把這種由生物體發出的光叫做生物光，又由于其發光過程不產生熱量，因此，也稱為冷光。

形形色色的生物光

夜間，人們有時發現一些枯樹、朽樁等能發光。這種奇異的現象，在民間曾出現過一些神奇的傳說，但科學家們已經揭露：并非鬼神，而是由生物體發光所引起。

11世紀時，沈括在《夢溪筆談》“異事”篇中記述過：“予昔年在海州，曾夜煮鹽鴨卵，其間一卵燦然通明如玉，熒熒然屋中盡明。置之器中十余日，臭腐幾盡，愈明不已。”文中還記述著：有一次，盧中甫天未亮就起床，發現“墻柱之下，有光熠然”。

據報導，我國江蘇丹徒縣有一棵枯朽的柳樹，夜間閃爍著淺藍色的光芒，即使狂風暴雨也不能將其熄滅。經研究證明，這是由一種名叫假蜜環菌的真菌所引起的。此菌具有發光的特性，因此又稱為“亮菌”。在四川、浙江、安徽、河北等地也發現過“亮菌”，主要寄生在蔬菜和水果上。

在國外，也曾發現過“神秘的發光肉”，在死魚身上常發出一種藍色或藍綠色的光。1668年，波意爾研究證明，這種現象是由于死魚身上寄生的一種發光真菌所引起的。他還用實驗證明，這種真菌只有在空氣中才能發光。

在南美洲大巴哈馬島上，有個神秘的“火湖”。

夜晚，人們泛舟湖上，船槳會激起萬點基火，船在五光十色的水面上游動，就像在灑滿寶石的藍色地毯上滑行，躍出水面的魚兒也披著金星，真是火花飛舞，奇趣盎然。經研究發現，這些光是由海洋生物甲藻所產生的。

在新加坡還發現一種稀有的能發光的蝸牛，在南美洲及非洲一帶，有幾種蛆蟻也能發出綠幽幽的磷光，發光的蛆蟻在緬甸和我國都有。但它們究竟是以自身的發光物質發光，還是由寄生其上的細菌發光，到目前為止，還沒有定論。

更為奇特的是，有些人的汗水和皮膚也會發光。據報導，在意大利曾發現過兩名婦女的身體也能發光。

生物體為什么能發光

生物體發光的奧秘，正逐漸被人們認識。過去有許多人以為生物體發光是磷在起作用，其實大多數生物光不是磷所引起的。

1887年，法國生理學家杜博伊斯用鑿石蛤（鉆孔軟體動物，又稱指蛤）為材料，進行了生物發光的研究。他在實驗中發現：鑿石蛤的冷水提取液可連續發光幾分鐘，當發光停止后，再加入新的鑿石蛤冷水提取液，又能恢復發光現象。他還進一步證明：在熱水提取液中的熒光素酶失去活性，而熒光素仍有活性；在冷水提取液中的熒光素酶則未被破壞。

哈維繼續了生物發光的研究，在實驗中證明生物發光過程是酶的催化過程。他在一次考察中發現，日本有一種甲殼動物，名叫海螢，可作為熒光素和熒光素酶的來源，而且只有海螢存在時才能發光。他將少量的海螢粉末放在手掌上，加水浸濕，所發出的光亮能使人在黑夜里看清地圖。人們對螢火蟲的發光研究較多。螢火蟲的發光器位于腹部，雄螢火蟲只有尾部最后一節兩個小點能發光，而雌螢火蟲的發光器是在腹部最后三節，前兩節的發光部分在腹面，構成闊帶形，第三節的發光部分像兩個小點子。螢火蟲發光器的結構是：由透明的表皮在發光細胞層上面形成小窗口，在發光層下面則是由反光細胞組成反光層。發光層內有幾千個發光細胞，細胞內含有發光物質——熒光素。

螢火蟲具有一個復雜的發光系統，包括熒光素、熒光素酶、氧和鎂離子。當把所有這些物質混合在一只試管中時，就會發出光來，而缺少其中任何一種物質，都不會產生光。熒光素和熒光素酶都是分子量不大的結晶蛋白質。熒光素耐熱，易被沿著呼吸系統進入發光細胞的氧所氧化，從而發出熒光。當螢火蟲吸入空氣量多，氧化反應進行得劇烈時，光較亮；當通氣緩慢，氧化反應減弱時，光變暗，甚至停止。熒光素酶則不耐熱，當鎂離子存在時，能對氧化反應起催化作用。又由于色素細胞在不斷地集合和分散，蓋膜不斷地啟開和閉合，即出現熒光時明時暗的現象。

熒光素不斷地被氧化，生成氧化熒光素而發光，氧化熒光素又在腺昔三磷酸提供能量的條件下，還原為熒光素。就這樣周而復始。

螢火蟲發出的光強度較高，37只火蝦螢即可發出1燭光的亮度。而夜光藻則在每升海水含200只時，才能發出微弱的光，當每升海水中夜光藻數量增加到1000—2000只時，海水在魚游、行船或風吹等因素的作用下，方可產生出較強的熒光波。

細菌發出的光也是非常微弱的，有時在顯微鏡下也很難觀察出來。據測定，約50億個發光細菌所發出的光聚集起來，才相當于1燭光的亮度。

由此可見，生物體發出冷光同霓虹燈等發出冷光的機制不同。它是由活細胞內產生一系列化學反應所引起的。

探索新的光源

1878年，愛迪生創造第一盞白熾燈，標志著電光源應用的開始。這是一個偉大的成就，但電光源存在著溫度高、光效低的缺點（只有10%的電能轉變為光能）。２0世紀40年代，人們由螢火蟲發光受到啟示，發明了日光燈，它的溫度較低，光線柔和，光效較高（比白熾燈高4倍），使用壽命長（為白熾燈的7-10倍），此為第二代光源。第三代新光源是高壓鈉燈，它光效高，透霧性強，光色較好，其亮度是日光燈的2-2.5倍，較日光燈節電60%。但是，無論日光燈或鈉燈，與螢火蟲發出的光比較，都相形見絀了。螢火蟲的光有下列優點：一是發光過程不產生輻射熱，為冷光；二是發光效率高，能直接將100%的化學能轉變為光能；三是發光強度較高；四是光線柔和，適宜于人的眼睛。因此，對于這種光的研究，正越來越受到人們的重視。

早在我國晉朝，即有“囊螢讀書”的故事。《古今秘苑》一書中也記載著我國漁民利用熒光捕魚的事例。漁民把發光細菌涂在釣餌上，誘魚上鉤。另一方法是將羊膀胱吹脹，裝入百余只螢火蟲，放入深水中，引誘魚蝦，聚而捕之。

1900年，在巴黎國際博覽會的“光學之宮”里，沒有一盞電燈，卻格外明亮。原來人們用一個容積為25升的玻璃瓶，培養從死烏賊身上取下來的發光細菌，這些發光細菌發出的光像皎潔的月光一樣，照亮了整個展覽廳。

在第二次世界大戰期間，日本人從一種發光的海生甲殼動物體內提取發光物質的干粉末。這種粉末只要與水接觸，便可產生瞬息的生物光。當時就用這種光源作為閃光燈。

近幾年來，對生物光的研究工作又取得了新的進展。一方面從螢火蟲等生物體的發光器中分離出了純熒光素和熒光素酶等，另一方面又用化學方法合成了熒光素等物質。如今由熒光素、熒光素酶和腺苷三磷酸等混合而制成的冷光源，已開始在含有易爆性瓦斯的礦井中充作照明燈，在彈藥庫中用作指示燈，或為“蛙人”提供水下發光燈。由于沒有電源，不會產生磁場，因而，可在這類光源的照明下，從事清除磁性水雷的工作。我國紡織工業部門還生產出夜光花布。

赫勞特等人經過近十年的努力，終于研制成一種人造生物光源，現已作為商品投入國際市場。這種人造生物光源由四種化學物質配制而成，即雙草酸酞熒光劑、過氧化氫和催化劑。其發光反應機制為：雙草酸酯被過氧化氫氧化，釋放出能量，此能量傳給熒光劑，使它產生熒光。催化劑可加速反應的過程，使發光強度增高。

近年來生物光源還逐步應用于槍炮瞄準器、夜間作戰地圖、船只和飛機的羅盤及各種儀表、野外用的指南針、夜光表等。由此可見，生物光對于國防、漁業、日常生活和科學研究都有重要意義。