海洋中的發(fā)光水母早已為人們所熟知，水母發(fā)光蛋白原理已見大量的科學(xué)報(bào)道。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，許多水母都能發(fā)光。不同于其他動(dòng)物的發(fā)光系統(tǒng)，水母發(fā)光全仗一種叫埃奎林的蛋白質(zhì)，當(dāng)其遇到鈣離子就能發(fā)出較強(qiáng)的藍(lán)色光來。據(jù)稱，每只水母平均只含有50微克的埃奎林，但發(fā)出的光能卻相當(dāng)于292.6千焦。至于水母為什么能貯藏如此多能量，在很大程度上還是個(gè)謎。

在漆黑的海洋深處，時(shí)常出現(xiàn)游動(dòng)的點(diǎn)點(diǎn)“燈火”，給寧靜的海底世界帶來生命的信息。在眾多發(fā)光的魚類中，燈籠魚只是其中的一種。它們身體上有能發(fā)出晶瑩奪目光澤的圓形小發(fā)光器，因發(fā)光器形似燈籠而得名。發(fā)光器發(fā)出紅、藍(lán)、紫等各種顏色，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，熒光閃閃。發(fā)出的光可用來誘捕食餌，迷惑天敵，引誘配偶，以利于集群生活。

而陸地上“掛燈籠”的螢火蟲，是發(fā)光生物中的明星。

“生物熒光是進(jìn)化生物學(xué)最有趣的現(xiàn)象之一，主要用于警戒和求偶交流。因此，自達(dá)爾文時(shí)期甚至更早，具有生物熒光的類群就吸引著眾多生物學(xué)家。”中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所實(shí)驗(yàn)師董志巍說，螢火蟲是最著名的陸生發(fā)光生物，其中一些屬有限的地理分布和種群稀有性，使其分子系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系仍有諸多不確定性，限制了對(duì)生物熒光起源與進(jìn)化這一有趣現(xiàn)象的探討。

董志巍與同事劉貴春等與西雙版納熱帶植物園陳興等合作，利用二代基因組淺層測(cè)序，對(duì)昆明動(dòng)物研究所自2002年以來收集的共計(jì)15個(gè)屬23種部分亞洲螢火蟲樣品進(jìn)行測(cè)序，獲得線粒體基因組和核糖體DNA，其中11屬22種螢火蟲的線粒體基因組和核糖體DNA均為首次報(bào)道。深入研究表明，螢火蟲的共同祖先已具有成蟲生物熒光。這些工作，也完善了亞洲螢火蟲的系統(tǒng)發(fā)育研究，并為深入揭示全世界螢火蟲的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系提供了重要數(shù)據(jù)。

前景可觀，發(fā)光生物的研究應(yīng)用

生物發(fā)光作為一種自然現(xiàn)象，最先應(yīng)用于海洋捕撈，漁民根據(jù)不同的“海火”判別魚群，提高捕魚的效率。“海火”還可以為航海者指出暗礁、淺灘，避免海難事故。在早期，“海火”還可在軍事上被用于發(fā)現(xiàn)敵艦、判斷魚雷和潛艇走向。

生物發(fā)光的原理，還能用于新型光源的制造，如現(xiàn)在使用的熒光燈和各種節(jié)能燈。生物光不產(chǎn)生熱量，如果這種光源在易爆物質(zhì)的貯存庫和充滿易燃易爆氣體的礦井里，在化學(xué)武器貯存庫和彈藥庫里應(yīng)用，將是最安全的照明設(shè)施。如果用于戰(zhàn)場(chǎng)，隱蔽性好，不易暴露目標(biāo)。生物光光源亟待開發(fā)成功。

另據(jù)本報(bào)記者董映璧2020年5月6日發(fā)自莫斯科的報(bào)道，俄羅斯科學(xué)院生物有機(jī)化學(xué)研究所和莫斯科大學(xué)生物系的科研人員利用基因移植法，將發(fā)光蘑菇的幾個(gè)基因轉(zhuǎn)移到煙草的DNA中，首次培育出在夜間可以發(fā)光的植物。

莫斯科大學(xué)生物學(xué)植物園經(jīng)理弗拉基米爾·丘布教授稱，多年來，俄科研人員一直試圖從螢火蟲、細(xì)菌中移植發(fā)光基因來培育發(fā)光植物，但久未獲得成功。此前，他們?cè)谘芯磕⒐降壬锇l(fā)光時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)光是由極精微的反應(yīng)引起的，而在植物中可以找到發(fā)光所需的物質(zhì)。在后來的研究中，俄研究人員將發(fā)光蘑菇的幾個(gè)基因轉(zhuǎn)移到煙草DNA中，便培育出發(fā)光亮度比蘑菇高得多的煙草植物。

弗拉基米爾·丘布說，研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植物發(fā)出的光變化很大，植物的幼枝，尤其是花朵發(fā)出的光更亮，發(fā)出的光不斷變化，可以在植物的葉子上顯示出奇異的圖案和波浪，白天，生物發(fā)光的強(qiáng)度也會(huì)變化。他還稱，植物穩(wěn)定的發(fā)光不會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，也不會(huì)影響植物正常生長和發(fā)育。

研究發(fā)現(xiàn)，在熄燈后，煙草的發(fā)光亮度會(huì)迅速增加。如果幾天內(nèi)燈光一直關(guān)閉，則植株的會(huì)根據(jù)自身的生物鐘持續(xù)發(fā)光。這表明，生物發(fā)光的機(jī)制反映了植物的代謝速率，也包括機(jī)械損傷方面的原因。如果用刀切割植株，用特殊方法可以發(fā)現(xiàn)傷口的位置怎樣開始發(fā)光，植物的“疼痛”信號(hào)迅速通過神經(jīng)開始傳播。“研究發(fā)光植物的機(jī)理，可以使我們發(fā)現(xiàn)意想不到的現(xiàn)象：如果傷害了植物，它就會(huì)像受傷的人一樣感到疼痛。”弗拉基米爾·丘布說。

有專家指出，如果把在煙草上取得的成果轉(zhuǎn)移到花卉上，能研發(fā)出許多可用來裝飾房屋和公共場(chǎng)所的發(fā)光植物，因此這項(xiàng)科研成果具有很好的商業(yè)前景。

此外，目前一些發(fā)光細(xì)菌已經(jīng)被分離出來，正通過實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培養(yǎng)。因有毒的化學(xué)物質(zhì)、重金屬離子、抗生素、化學(xué)治療劑、農(nóng)藥等會(huì)影響細(xì)菌發(fā)光，所以科研人員了用發(fā)光細(xì)菌作為敏感指標(biāo)物，來測(cè)定有毒有害物的含量。一些醫(yī)院的研究人員，也正在使用細(xì)菌生物光測(cè)量能安全有效殺死癌腫瘤的藥物劑量。

而借助熒光蛋白的發(fā)光屬性，自2018年起，北京大學(xué)李毓龍實(shí)驗(yàn)室就開發(fā)了可基因編碼的一系列監(jiān)測(cè)神經(jīng)遞質(zhì)的熒光探針，即GRAB探針系列，其中即包括多巴胺探針。李毓龍告訴科技日?qǐng)?bào)記者，他們所創(chuàng)新的方法，最重要、最有趣的是“讓細(xì)胞自己發(fā)光”。

最近，他們成功研發(fā)出經(jīng)過優(yōu)化的第二代綠色熒光探針，熒光更亮，結(jié)合神經(jīng)遞質(zhì)后，信號(hào)變化更為顯著。此外，新型紅色熒光探針可實(shí)現(xiàn)對(duì)多巴胺的監(jiān)測(cè)，從先前的單一綠色熒光，拓展到多色熒光。因此，新型探針可以更容易與神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域其他重要技術(shù)——如鈣成像、光遺傳學(xué)等結(jié)合使用。新型探針也為相關(guān)藥物篩選優(yōu)化提供了新的可能。(科技日?qǐng)?bào)記者 趙漢斌)

關(guān)鍵詞： 發(fā)熒光真菌 發(fā)光蘑菇