我最閃亮

馬迪

從探究生物發光機理，到應用到前所未有的領域，科學的腳步在一步步前進，生命的秘密也在一點點被點亮，幫助我們把這個世界看得更加清楚。

所有能發光的東西都會天然地吸引人類的注意，尤其是會發光的活物，比如我們熟知的螢火蟲。無數的科幻文藝作品，比如電影《阿凡達》，都展示過各種動植物閃閃發光的絢麗奇景。這讓人不禁想問：它們為什么會發光？未來它們能夠照亮黑夜嗎？如果路邊種的都是會發光的樹，一束發光的花照亮著女孩的臉，這場景該多美妙啊！

迷人的發光生物

在自然界中，有很多生物具有令人驚嘆的發光特性。事實上，所有的細胞都能向外輻射電磁波，因此從廣義上來說，細胞都會發“光”，只是大多數都是人眼不可見或無法察覺的，在此就不做討論了。

地球上有超過700個屬的生物包含發光的種類，幾乎遍布地球的各個區域，從極地到熱帶，從海面到海底。尤其在深海中，將近90%的生物都有發光的能力。非海洋生物的發光現象分布較窄，主要集中在以螢火蟲為代表的昆蟲和一些細菌、真菌中。

破解這個秘密的轉折點出現在1887年。法國生物學家拉斐爾·杜布瓦通過一種甲蟲發現，生物發光反應需要兩種化學物質：一種被稱為熒光素（它像電池一樣，是會消耗掉的），另一種被稱為熒光素酶，這兩種化學物質與氧氣一起經過化學反應后產生了熒光。

在后來的研究中，科學家們從水母中提取出水母素（熒光酶的一種）的同時，無意中分離出一種“綠色蛋白”，它在陽光下呈現綠色、鎢絲下呈現黃色、紫外光下發射強烈綠色。這便是大名鼎鼎的綠色熒光蛋白。這個在地球上沉睡了一億六千萬年的神奇蛋白質如今被廣泛用于生物學研究中，因為它們能發光，且不會傷害其他細胞，常被用來做熒光標記，以觀察蛋白質在細胞中的位置和運動軌跡。2008年，綠色熒光蛋白研究者獲得了諾貝爾獎，被評價為“照亮了生物學研究的未來”。

人造的發光植物

自然界中的生物發光現象幾乎都存在于動物、真菌中，研究發光植物，可以先借鑒一下它們的先進經驗。

早在20世紀80年代，科學家就嘗試將螢火蟲的螢光素酶導入到植物細胞中。他們發現通過培養基或者澆灌等方式向植物添加熒光素和三磷酸腺苷時，確實會讓它們發出螢火蟲般的光芒。但這種光非常微弱，且提取熒光素非常昂貴，這種方法顯然并不理想。

從螢火蟲和水母身上得到的經驗并不能完全適用于植物，科學家又向發光真菌“取經”，終于在2020年取得了重要突破。來自美國和俄羅斯的科學家發現，發光真菌擁有4種關鍵的酶，能將咖啡酸轉化為中間產物牛奶樹堿，再進一步轉化為熒光素，最后在螢光素酶的催化作用下氧化并釋放出光。由于咖啡酸是植物體內非常常見的物質，那么思路很簡單了—只要將這些酶轉移到植物中即可。

2023年5月，浙江大學農業與生物技術學院的都浩團隊成功創制了發光顯著增強的自發光植物，比之前的發光亮度提高了五倍以上，多株植物一起發出的光芒可照亮黑暗的環境，足以讓人清晰地看見附近較大的字體。哪怕是離體的葉片，也同樣能持續發光三天之久。

從實際應用角度來看，將植物作為照明具有一定的可行性和優勢—植物通過光合作用吸收光、轉化為生物能，而發光則可以將這種生物能在此轉化為光能。這意味著植物可以作為一種更高效的可持續能源，成為無需電源的終極節能照明設備。目前，包括浙江大學在內，世界上有多個團隊都在以此為目標，對常見的行道樹進行遺傳轉化，希望有一天能創造出發光樹。

古人“囊螢照書”，用發光生物作為最原始的照明工具；今人發揚光大，開發新的發光物種。從探究生物發光機理，到應用到前所未有的領域，科學的腳步在一步步前進，生命的秘密也在一點點被點亮，幫助我們把這個世界看得更加清楚。