發光生物：點綴夜空暗海美妙風景

蘑菇會發光？！沒錯，如此神奇而夢幻的場景，就出現在中國科學院西雙版納熱帶植物園（下稱“西雙版納熱帶植物園”）。近日，工作人員在園中發現并拍攝到了幾叢罕見的發光蘑菇，這些小精靈白天看上去就是“平平無奇”的乳白色小蘑菇，到了夜晚則會發出綠色的熒光，星星點點的亮光散布于樹干之上，時隱時現，時明時暗，令人稱奇。

面對這些發光的蘑菇，人們發出一連串追問：蘑菇為什么會發光？還有哪些生物會發光？發光生物可為未來科技帶來哪些暢想？……

發光蘑菇已知至少有97種

“這種拇指大小的菌菇，只會長在百竹園上一年被砍掉而腐爛的竹子根部，晚上會發出綠色的光。我們觀察發現，在最初的菌絲階段，以及末期階段子實體成熟階段，它的光特別亮。”西雙版納熱帶植物園環境教育中心科普專家劉光裕表示，這是種菌暫定名為“東京膠孔菌”——這里的東京與日本無關，而與越南北部舊稱“東京”有關。它屬于孔菌類群，可分泌一種膠質的物質，螞蟻、蝸牛都愛吃它，其孢子也較常見的真菌更大。子實體在末期之所以會發出醒目的光，可能有利于吸引節肢動物代為傳播孢子。但到目前為止，人們對它的了解還很少，這是不是一個新種，也還沒有完全確定。

2018年，中國科學院昆明植物研究所木本資源發掘與農林復合系統構建團隊許建初研究組與印度科學家合作，在印度東北部開展了多次聯合考察。考察隊在梅加拉亞邦一處竹林枯死的竹莖上，也發現一種羅里多菌屬的發光真菌。

“發光真菌依靠螢光素酶而發光，螢光素在有氧的情況下，被螢光素酶催化而發生反應時，會從其子實體或菌絲發出光。”許建初介紹，由于在醫學、農業與生態環境傳感器等方面的廣泛應用，生物發光真菌一直受到人們的極大關注。

據2021年4月號《萬物》期刊報道，澳大利亞有一種被稱為“幽靈真菌”的螢光菌，同樣具有生物發光能力，它能產生螢光素的化學物質，在發生化學反應時，會以綠色熒光的形式釋放能量。“有人認為這種光可以吸引幫助真菌傳播孢子的昆蟲，不過目前未有定論。”

許建初表示，發光真菌的研究、利用潛力很大。近期，他的團隊不僅在繼續研究早期發現的發光真菌，同時還在云南省西雙版納州、麗江市等地相繼發現會發光的真菌，正等待發表。到目前，全球已知有97種生物發光真菌類群。

對發光生物的認識正逐漸加深

發光生物是自然界的奇妙創造，除了真菌和細菌，植物、動物都有一些發光的類群。一項研究顯示，蒙特利海灣研究所的研究人員在蒙特利灣4千米以上的水域中發現，3/4的動物都能自己產生光。會發光的海洋生物不僅僅局限于少部分深海魚類，還包括了水母、蠕蟲、魷魚以及各種各樣的動物。

與此同時，絕大多數的生物發光都是有用途的，是它們一種必備的“生存技能”——生物發光有的可以被同類識別，有的可以當作釣餌，有的作傳情的信號，有的用于迷惑“敵人”。

比如，在漆黑的海洋深處，時常出現游動的點點“燈火”，給寧靜的海底世界帶來生命的信息。在眾多發光的魚類中，燈籠魚只是其中的一種。它們身體上有能發出晶瑩奪目光澤的圓形小發光器，因發光器形似燈籠而得名。發光器發出紅、藍、紫等各種顏色，遠遠望去，熒光閃閃。發出的光可用來誘捕食餌，迷惑天敵，引誘配偶，以利于集群生活。

“生物熒光是進化生物學最有趣的現象之一，主要用于警戒和求偶交流。因此，自達爾文時期甚至更早，具有生物熒光的類群就吸引著眾多生物學家。”中國科學院昆明動物研究所實驗師董志巍說，螢火蟲是最著名的陸生發光生物，其中一些屬有限的地理分布和種群稀有性，使其分子系統發育關系仍有諸多不確定性，限制了對生物熒光起源與進化這一有趣現象的探討。

董志巍與同事劉貴春等與西雙版納熱帶植物園陳興等合作，利用二代基因組淺層測序，對昆明動物研究所自2002年以來收集的共計15個屬23種部分亞洲螢火蟲樣品進行測序，獲得線粒體基因組和核糖體DNA，其中11屬22種螢火蟲的線粒體基因組和核糖體DNA均為首次報道。深入研究表明，螢火蟲的共同祖先已具有成蟲生物熒光。這些工作，也完善了亞洲螢火蟲的系統發育研究，并為深入揭示全世界螢火蟲的系統發育關系提供了重要數據。

發光生物應用研究前景廣闊

生物發光作為一種自然現象，最先應用于海洋捕撈，漁民根據不同的“海火”判別魚群，提高捕魚的效率。“海火”還可以為航海者指出暗礁、淺灘，避免海難事故。在早期，“海火”還可在軍事上被用于發現敵艦、判斷魚雷和潛艇走向。

生物發光的原理，還能用于新型光源的制造，如現在使用的熒光燈和各種節能燈。生物光不產生熱量，如果這種光源在易爆物質的貯存庫和充滿易燃易爆氣體的礦井里，在化學武器貯存庫和彈藥庫里應用，將是最安全的照明設施。如果用于戰場，隱蔽性好，不易暴露目標。生物光光源亟待開發成功。

此前，俄羅斯科研人員利用基因移植法，將發光蘑菇的幾個基因轉移到煙草的DNA中，首次培育出在夜間可以發光的植物。有關專家指出，未來發光植物可用來裝飾房屋和公共場所，因此該項科研成果具有很好的商業用途。

此外，目前一些發光細菌已經被分離出來，正通過實驗室進行培養。因有毒的化學物質、重金屬離子、抗生素、化學治療劑、農藥等會影響細菌發光，所以科研人員了用發光細菌作為敏感指標物，來測定有毒有害物的含量。一些醫院的研究人員，也正在使用細菌生物光測量能安全有效殺死癌腫瘤的藥物劑量。

而借助熒光蛋白的發光屬性，自2018年起，北京大學李毓龍實驗室就開發了可基因編碼的一系列監測神經遞質的熒光探針，即GRAB探針系列，其中包括了多巴胺探針。李毓龍指出，他們所創新的方法，最重要、最有趣的是“讓細胞自己發光”。

最近，他們成功研發出經過優化的第二代綠色熒光探針，熒光更亮，結合神經遞質后，信號變化更為顯著。此外，新型紅色熒光探針可實現對多巴胺的監測，從先前的單一綠色熒光，拓展到多色熒光。因此，新型探針可以更容易與神經科學領域其他重要技術——如鈣成像、光遺傳學等結合使用。新型探針也為相關藥物篩選優化提供了新的可能。（據《科技日報》《中國科學報》）