發(fā)光機制及其應(yīng)用

　　
　　螢火蟲的發(fā)光器官，雌蟲生長在腹部末端三節(jié)，從外表看只是一層銀灰色的透明薄膜，這就是螢光色素。如果把這層薄膜揭開在放大鏡下觀察，便可見到數(shù)以千計的發(fā)光細(xì)胞，再下面是反光層，在發(fā)光細(xì)胞周圍密布著小氣管和密密麻麻的纖細(xì)神經(jīng)分支。發(fā)光細(xì)胞中的主要物質(zhì)是熒光素和熒光酶。當(dāng)螢火蟲開始活動時，呼吸加快，體內(nèi)吸進大量氧氣，氧氣通過小氣管進入發(fā)光細(xì)胞，熒光素在細(xì)胞內(nèi)與起著催化劑作用的熒光酶互相作用時，熒光素就會活化，產(chǎn)生生物氧化反應(yīng)，導(dǎo)致螢火蟲的腹下發(fā)出碧瑩瑩的光亮來。又由于螢火蟲不同的呼吸節(jié)律，便形成時明時暗的“閃光信號”。人們經(jīng)過研究，把其發(fā)光的過程，列一簡單的公式：

　　　　　　　　　　熒光酶作用
　　熒光素 ＋ 氧氣 ─────→ 發(fā)出熒光

　　螢火蟲體內(nèi)的熒光素并不是用之不竭的，那幺它們不斷地多次發(fā)光，能量又是從何而來的呢？原來能量來自三磷酸腺苷（簡稱ATP），它是一切生物體內(nèi)供應(yīng)能源的物質(zhì)。螢火蟲體內(nèi)有了這種能源，不但能不間斷地發(fā)光，而且亮度也較強。只有發(fā)光結(jié)構(gòu)還不能發(fā)光，還要有腦神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)支配。如果做個實驗，將螢火蟲的頭部切除，發(fā)光的機制也就失去作用。雌蟲因腹部倒數(shù)第2、3節(jié)整節(jié)都能發(fā)光，看起來似為寬帶狀，而末節(jié)只形成點狀發(fā)光，它在體節(jié)兩側(cè)，從背面也能看見。雄蟲只有腹部末節(jié)可以發(fā)光，與雌蟲腹部末節(jié)相同，也呈兩個點狀光。

　　 卵、幼蟲、蛹都可發(fā)光。卵在剛產(chǎn)下時是不能發(fā)光的，只是臨近孵化時，從卵殼外可見2個光點。有實驗證明它是幼蟲在卵殼內(nèi)活動所致，因此，實際是已形成的幼蟲發(fā)的光。幼蟲腹部末端倒數(shù)第2節(jié)可見發(fā)光器，但僅能發(fā)兩個光點，它從背面可見。化蛹4-5天后，蛹的腹部末端兩側(cè)各有一個可見光斑，但蛹都在泥沙做的繭室中，所以其發(fā)光并不可見。

　　 螢火蟲發(fā)光的效率非常高，幾乎能將化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為可見光，為現(xiàn)代電光源效率的幾倍到幾十倍。由于光源來自體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，因此，螢火蟲發(fā)出來的光雖亮但沒有熱量，也不產(chǎn)生磁場，人們稱這種光為“冷光”。由于螢火蟲的光不帶輻射熱，物理學(xué)家們認(rèn)為這是非常理想的燈光，因一般東西發(fā)光時，同時也要發(fā)熱，如點著了的蠟燭。又如電燈開-亮后燈泡也熱得發(fā)燙。然而人們并不需要燈光發(fā)熱，假使能創(chuàng)造出像螢火蟲一樣不發(fā)熱的光來那將是很理想的。三十多年前，人們模擬了螢火蟲發(fā)光的原理創(chuàng)造出一種日光燈（螢光燈）來，基-本上達到了這種要求。

　　隨著科學(xué)的發(fā)展，螢光的應(yīng)用也越來越廣泛。利用螢光檢查食物中細(xì)菌的含量，在含有易爆性瓦斯的礦井中用螢光燈照明，在彈藥庫中的指示燈、水下作業(yè)的發(fā)光燈，無不用的是螢光。美國的生物化學(xué)家根據(jù)螢火蟲的發(fā)光原理和機制，提出了電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)原理，它可以解釋腐蝕現(xiàn)象、光合作用等，特別是激光器的開發(fā)利用，因此榮獲1992年諾貝爾化學(xué)獎。