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萤火虫为什么会闪闪发光?


实验室k / 2019-01-03

       歌曲《虫儿飞》中“黑黑的天空低垂,亮亮的繁星相随,虫儿飞虫儿飞,你在思念谁……”其中的虫儿指的就是萤火虫。在夏夜的草地上,飞舞的萤火虫随处可见。

       萤火虫具有专门的发光细胞,发光细胞中的化学物质分为两类,一类是荧光素(萤火虫中的称为萤火虫荧光素),另一类则是荧光素酶。在荧光素酶的催化下,荧光素可以消耗三磷酸腺苷(ATP)并与氧气发生反应,反应中产生激发态的氧化荧光素,当氧化荧光素从激发态恢复到基态时会释放出光子。反应中释放的能量差不多全部以光的形式释放,以热的形式释放的能量只占极少部分,反应效率达到95%,通过这样的作用萤火虫能发出光芒。由于大部分的能量都转化为光能,只有很少一部分转化为热能,因此这样的光被称为冷光。因为发光质与光能的转换效率很高,所以萤火虫的发光时间可以持续很长。对于是否进行这样的作用,萤火虫本身可以自主控制,从而达到控制发光的目的。到目前为止,人类还没有制造出如此高效的光源。

       关于萤火虫如何控制发光细胞的“开关”,目前有多种理论,但至今还未搞清确切的控制机理。氧气控制理论认为,萤火虫发光和不发光的切换是通过控制发光细胞的氧气供给来实现的。神经激活理论则假设萤火虫有一个叫作微气管末梢细胞的神经控制结构,这个结构在刺激下能在发光细胞中释放出神经信使分子,这个分子可以启动化学反应,使之激活。

       还有一种理论认为,萤火虫分泌一种叫章鱼胺的神经递质,从神经传导到微气管末梢细胞,一氧化氮合酶(NOS)被激发,产生一氧化氮和细胞色素C氧化酶。而这两种物质使发光细胞的线粒体的氧气使用受到抑制,从面使过氧化物酶能利用到氧气,并使平时通过线粒体的氧化磷酸化累积的荧光素﹣腺苷酸氧化产生发光反应,发出光线。然后,在光的作用下,环氧化酶中释出一氧化氮,于是停止发光。因此,萤火虫一直按照固有频率和持续时间重复发光。

       寻找配偶是萤火虫发光的目的。雄萤火虫飞翔在空中,而雌萤火虫则躲在草丛中,当她看到同种雄萤火虫发出的信号后,就会发光回应。双方一来一往地用光联系,当雄萤火虫确定了雌萤火虫的位置后,就会飞到她的身边开始交配。

       全世界大约有两千种萤火虫,北美的萤火虫大部分属于两个属:体型较小、发黄光的是否提那斯属,体型较大;发绿光的期是否丢瑞斯属。萤火虫的种类不同,发光模式也不同,光的颜色,持续时间、发光间隔,闪烁次数,飞行高度等也都存在差异。同一属的萤火虫往往长得很像,发光模式是区分它们的重要特征。利用独特的发光密码,同种雌雄能相互识别,从而可以有效避免有害杂交的出现,这种现象被进化生物学称为“生殖隔离”机制。

       北美最普遍的一种萤火虫属于黄光萤火虫,俗称“北斗”。它能发出黄绿色荧光。雄虫靠近地面飞行,每隔六秒钟发出一次闪光,持续时间约半秒,发光的同时会向上飞行,形成一个“J”形轨迹。地面上的雌虫看到后,会在大约两秒钟后再发出一次闪光来响应,持续时间约半秒钟。而其他种的萤火虫的发光模式有所不同:有的每隔两三秒钟发一次光,持续时间长达两至三秒;有的每隔三四秒钟快速地闪烁三次;有的发光模式与莫尔斯电码中的“点一画”类似,先快速闪一次,再来一次长时间的……

       如果你能读懂发光密码,那么就可以判断出飞舞在你眼前的萤火虫属于哪个属。而且,假如你用小手电筒对某种雄虫的发光密码进行模拟,甚至可以吸引那个种的雌虫来响应你。

       通常情况下,采用网兜法或瓶捕法既可以捉捕萤火虫,又可以不伤害到它。

       所谓网兜法,指的是用纱布网兜对夜间飞翔在低空的萤火虫进行兜捕。萤火虫飞行速度较慢,飞行的高度很低,而且不时会发出亮光,将飞行轨迹暴露得十分明显,因此很容易被发现和捕捉,用网一扫就可以轻易捕到。即使有时没有捕到,但由于萤火虫受到兜网的突然碰撞后会掉落在地上,因而也很容易被捉住。如果萤火虫停息在草丛中或树枝上,可轻轻靠近后用瓶口较大的玻璃瓶对准它,将其轻轻抹入瓶中。当它在不高处停息时,也可以直接用手去捕捉。需要注意的是,萤火虫身体娇弱,捕捉时出手一定要轻一点,要不然会把它捏伤。

       天黑时萤火虫才开始发光。寻找萤火虫用电筒照路比较好,应避免直照草堆。因为受电筒照射时,萤火虫可能短时间停止发光,这样反而不容易找到它们。

       我国古代流传着“囊萤夜读”的典故,说的是晋朝时期,家贫学子车胤为了省下点灯的油钱,一到夏天就捕提许多萤火虫装在多孔的囊内,利用萤火虫发的光来看书。勤奋好学的车胤最后官拜吏部尚书。


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