生物发光是指生物体发光或生物体提取物在实验室中发光的现象。它不依赖于有机体对光的吸收,而是一种特殊类型的化学发光,化学能转变为光能的效率几乎100%,也是氧化发光的一种。生物发光的一般机制是:由细胞合成的化学物质,在一种特殊酶的作用下,发生化学反应,使化学能转化为光能。
在生物世界里,说到发光,人们首先想到的是萤火虫的发光。萤火虫,又名流萤,夜光,耀夜等。它是一种小型甲虫,因其尾部能发出荧光,故名萤火虫。
萤火虫的发光原理是它有专门的发光细胞,在发光的细胞中有两类化学物质。一类被称为荧光素,另一类被称为荧光素酶。有机大分子荧光素能在荧光素酶的催化下,由三磷酸腺苷ATP提供能量,与氧反应,产生处于激发高能态的氧化荧光素。当氧化荧光素从高能态回到低能基态时,释放出可见光。
反应中释放出的能量,几乎全部以可见光的形式发出,只有极小部分以热的形式释放,发光效率可达95%,因此甲虫不会被热烧伤。目前人类还无法制造出这种高效率的光源。
陆地上只有很少一部分生物属于发光生物,除了萤火虫外,只有一些马陆,叩头虫,真菌,灯菌等有发光本领。
当水母(海蜇)在夜晚的海面上出没的时候,人们经常能看到那些伞状闪烁着淡绿或蓝紫色的光芒,有的还带有彩虹般的光晕。尤其是栉水母在海里游动时,身体显现着球形的蓝光,几条长长触手形成细长的光带,随着波浪起伏摆动,十分优美。水母发光是由于艾奎明蛋白质与钙离子混合时,会发出蓝色的荧光。
而在深海里,约90%的生物都会产生某种形式的光。大多数生物发出蓝色(波长446-464纳米)或绿色(500-578纳米)的光,因为这一类光的波长在海水中传播得最远,更容易通过海水传播。
深海中几乎所有生物都会发光,如甲藻,磷虾,海萤,深海水母,深海鱿鱼,电鳗,鮟鱇,龙头鱼,灯眼鱼,光头鱼等。
萤火虫,海萤,鱼类发光,有的是为了约会,鮟鱇发光是为了引猎物上钩,甲藻发光是一种防御措施。生物发光现象,启发人们模拟这种发光效率极高而产生热量极少的荧光现象,研制新一代冷光源。
2011年6月,美国科学家宣布它们成功研制成了全世界首个’生物激光器‘。使用人类肾脏细胞注入绿色荧光蛋白质,使它能像水母那样发光。当研究人员用蓝光照射它时,它的另一端出现一束绿色的激光,人类的肉眼可以清楚的看到这束激光。
我认为这种解释是不对的,水母发光是化学发光,是荧光素在荧光素酶作用下,与氧气产生化学反应的发光,如像水母那样蛋白质与钙离子混合,不需要光照射。美国科学家所说的’生物激光器‘,实际上是强光下的非线性效应,即蓝光作用下,引起分子振动所形成的受激拉曼发光效应,从而产生的频率移动,变为绿光。
譬如用455纳米蓝光照射,激励分子碳氢键振动为2928厘米-1,那么产生的拉曼光将为525纳米的绿光。
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