萤火虫的研究进展与利用

 萤火虫俗称火金姑，泛指鞘翅目萤科(Coleoptera:Lampyridae)昆虫，全世界已记录2000多种，分布在温带，亚热带和热带地区。我国已经记载的有76种，其中台湾大约有56种。小至中型，长而扁平，体壁与鞘翅柔软。前胸背板平坦，常盖住头部，头狭小，眼半圆球形，雄性的眼常大于雌性。腹部7～8节，末端下方有发光器，能发黄绿色光。

 萤火虫一生要经过卵～幼虫～蛹～成虫四个阶段，是一种完全变态的昆虫。依照成虫的活动规律分为昼行性、昼夜两行型和夜行型；依照幼虫生活的环境，分为陆栖、水栖和半水栖三类。多数的雌虫飞出交尾后，可在潮湿阴暗的土壤、苔藓与落叶间产卵，如果幼虫水生者通常会爬入水中生活；而幼虫为陆生者会在较潮湿的地表上生活。在萤火虫整个生活史中，幼虫期是最长，陆生幼虫的食饵有蜗牛、蛞蝓、蚯蚓与小型的节肢动物等。种类不同，食性也会有所差别，如双色垂须萤幼虫专门以捕食蚯蚓为生；而云南扁萤幼虫则蚯蚓、蜗牛、蛞蝓与一般新鲜肉类皆能取食。水生幼虫的食饵有淡水中的螺、贝类；人工饲育的条件下，如以虾肉喂食，也可摄食发育成长。

 目前，国外在陆栖萤火虫的发光机制、信号通讯系统的行为生态学研究以及用分子生物学的方法来研究萤火虫种间的遗传分化与系统发育之间的关系的报道较多。国内除台湾地区在萤火虫的形态、生物学以及在萤火虫的繁育和保护方面做了大量的研究并已形成台湾地区萤火虫的分类系统之外，只是研究了一种水栖类萤火虫条背萤的闪光交流信号及其形态和生物学习性方面。

 在自然界中，生物的发光现象普遍存在，原生动物、腔肠动物、软体动物、节肢动物、被囊动物和鱼类等，都有发光种类存在，约有40～50个生物类群。在这些发光生物中，陆生种类见于萤火虫、百足虫、千足虫、蚯蚓和蜗虫等少数无脊椎动物。有些植物和真菌也能发光，如发光树、发光草和发光花。萤火虫是人们熟悉的发光生物，它的卵、幼虫、蛹和成虫均可发光。在萤火虫的腹部内，有一个发光器。发光器是一个扁平的光盘，主要由发光细胞层和反光细胞层构成。发光细胞里面，含有荧光素和荧光素酶两种物质。荧光素酶是发光的催化剂，在它的作用下，荧光素在细胞里的水的参与下，和氧化合而发出荧光（氧气是通过一些微小的气管进入细胞内的）。荧火虫在脑神经系统的支配下,通过调节呼吸节律,控制氧气供应,便形成时明时暗的“闪光”。萤火虫具有多种多样的闪光模式,其中成虫用闪光来寻找配偶，幼虫是为了照明和预防敌害，蛹是为了抵御敌害的攻击和警戒。

 萤火虫发光的效率非常高，几乎能将化学能全部转化为可见光，为现代电光源效率的几倍到几十倍；萤火虫发出来的光虽亮但几乎没有辐射热量，也不产生磁场，称为“冷光”。

目前冷光已经广泛应用于临床医学、矿井作业、室内装饰、航天、航空、航海、探险、捕鱼和野营等方面，如飞机的照明系统发生故障，冷光灯可作为呼救信号灯，使飞机获救转危为安。

 萤火虫独特的发光原理及体内两种发光物质荧光素酶和荧光素已广泛应用于临床医学、环境监测等领域，在20世纪60年代,人们模拟萤火虫发光的原理创造出了日光灯(荧火灯)。随着科学的发展,萤火虫的荧光素酶的应用也越来越广泛。如利用萤火虫的荧光素酶产生的荧光检查食物中细菌的含量。美国的生物化学家根据萤火虫的发光原理和机制，提出了电子转移反应原理，以解释腐蚀现象、光合作用等，并导致了激光器的开发和利用。近年来，人类对萤火虫发光特性的研究和利用正在走向一个新的阶段，即在搞清萤火虫荧光素酶的氨基酸序列和荧光素酶基因的碱基序列的基础上，克隆出荧光素酶基因,美国科学家已经成功地将其发光基因移植到植物细胞中，使植物发出了淡绿色的冷光。

 萤火虫的幼虫以捕食蜗牛、蛞蝓等软体动物为主，在捕食蜗牛时，萤火虫会先用大颚攻击蜗牛的触角，从颚端部的小孔，将麻醉液注入蜗牛肉内，使蜗牛麻醉无法动弹后，再靠近腹足，分泌消化液，用其强而有力的大颚夹肉，让蜗牛肉与消化液能够充份的混合，使蜗牛肉分解成肉糜状液体。由于不断重复的夹取，通常肉糜会在幼虫的上唇部位堆积形成小球状体，幼虫再慢慢将其吸入体内。受到这一现象的启发，美国生物学家正在研究利用萤火虫提取一种麻醉物质，供潜水员使用，以对付海里鲨鱼的袭击。

 另外，萤火虫的幼虫可以捕食钉螺，而钉螺是血吸虫的唯一中间寄主，目前，世界上有76个国家和地区有血吸虫病流行，尤其在我国南方国家每年都要投入大量的人力物力来防治血吸虫，而且，在我国实施“南水北调”工程以后，很多专家也纷纷呼吁应防血吸虫病通过调水工程建设扩散到北方地区，尽管人们已经研制出了防治血吸虫病的药剂，但是，目前采取的人畜化疗及易感地带灭螺等血防措施，尚不足以阻断血吸虫病的传播与流行。而药物灭螺造成的环境污染严重影响了养殖业的可持续发展，降低了湖区和大片湖州的可开发利用价值。因此，利用萤火虫控制钉螺来控制血吸虫的发生危害，不仅会节省大量的药物防治成本，而且对于控制血吸虫的蔓延扩散也会起到有力的作用的。

 凡是萤火虫种群分布的地区，都是生态环境保护得比较好的地方。而水质污染、植被破坏则会严重制约着萤火虫种群的生存和繁殖，因此，萤火虫可以作为生态环境的指示物种。

 萤火虫独特的发光行为不仅使其成为研究昆虫种内信息交流及信息交流信号进化的实验对象，而且使它成为了一类重要的观赏性昆虫，20世纪90年代以来，随着生态旅游成为世界旅游业发展的新潮流，澳大利亚、马来西亚、韩国、新西兰等国家和地区已建成了萤火虫生态旅游景点，我国台湾、山东沂水龙岗集团也开发出了萤火虫生态旅游景观。但是，由于近几年来萤火虫的栖地遭到破坏；人工光源带来的冲击；河流、沟渠水泥化所引起的危机；农药的使用；水污染造成环境的劣化；外来物种的入侵以及人为捕捉等原因导致萤火虫数量大量减少，特别是一些稀有的水栖类萤火虫种类如黄缘萤已濒临灭绝。

因此，萤火虫作为一种非常有价值的资源昆虫，人类应营造适应萤火虫的生存环境，保护大自然，实现萤火虫种源的保存与复育，以便能够更好的利用这一资源为人类的生活、农业生产和科技的发展做出更大的贡献。