萤火虫的发光机制及其应用(荧光酶的作用)

　　夏日黄昏，山涧草丛，灌木林间，常见有一盏盏悬挂在空中的小灯，像是与繁星争露，又像是对对情侣提灯夜游。如果你用小网，把"小灯"罩住，便会看到它是一种身披硬壳的小甲虫。由于它的腹部末端能发出点点荧光，人们给它起了个形象的名字--萤火虫。

　　萤火虫在昆虫大家族中属于鞘翅目，萤科。世界已知它们的远房或近亲约有2100种，我国已记载76种。一般萤火虫体长几毫米，最大的长达17毫米以上。萤火虫是一种神奇而又美丽的昆虫。修长略扁的身体上带有蓝绿色光泽，前胸背板较平阔，常盖住头部，头上一对带有小齿的触角分为11个小节。三对纤细、善于爬行的足。雄的翅鞘发达，后翅像把扇面，平时折迭在前翅下，只有飞时才伸展开；雌的翅短或无翅。有的类群有群居性，需要说明的是并非萤火虫科的所有种类都能发光。萤火虫的一生，经过卵、幼虫、蛹、成虫四个完全不同的虫态，属完全变态类昆虫。

      发光机制及其应用

　　萤火虫的发光器官，雌虫生长在腹部末端三节，从外表看只是一层银灰色的透明薄膜，这就是萤光色素。如果把这层薄膜揭开在放大镜下观察，便可见到数以千计的发光细胞，再下面是反光层，在发光细胞周围密布着小气管和密密麻麻的纤细神经分支。发光细胞中的主要物质是荧光素和荧光酶。当萤火虫开始活动时，呼吸加快，体内吸进大量氧气，氧气通过小气管进入发光细胞，荧光素在细胞内与起着催化剂作用的荧光酶互相作用时，荧光素就会活化，产生生物氧化反应，导致萤火虫的腹下发出碧莹莹的光亮来。又由于萤火虫不同的呼吸节律，便形成时明时暗的“闪光信号”。人们经过研究，把其发光的过程，列一简单的公式：

　　　　　　　　　　荧光酶作用

　　荧光素 ＋ 氧气 ─────→ 发出荧光

　　萤火虫体内的荧光素并不是用之不竭的，那幺它们不断地多次发光，能量又是从何而来的呢？原来能量来自三磷酸腺苷（简称ATP），它是一切生物体内供应能源的物质。萤火虫体内有了这种能源，不但能不间断地发光，而且亮度也较强。只有发光结构还不能发光，还要有脑神经系统调节支配。如果做个实验，将萤火虫的头部切除，发光的机制也就失去作用。雌虫因腹部倒数第2、3节整节都能发光，看起来似为宽带状，而末节只形成点状发光，它在体节两侧，从背面也能看见。雄虫只有腹部末节可以发光，与雌虫腹部末节相同，也呈两个点状光。

　　 卵、幼虫、蛹都可发光。卵在刚产下时是不能发光的，只是临近孵化时，从卵壳外可见2个光点。有实验证明它是幼虫在卵壳内活动所致，因此，实际是已形成的幼虫发的光。幼虫腹部末端倒数第2节可见发光器，但仅能发两个光点，它从背面可见。化蛹4-5天后，蛹的腹部末端两侧各有一个可见光斑，但蛹都在泥沙做的茧室中，所以其发光并不可见。

　　 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。由于光源来自体内的化学物质，因此，萤火虫发出来的光虽亮但没有热量，也不产生磁场，人们称这种光为“冷光”。由于萤火虫的光不带辐射热，物理学家们认为这是非常理想的灯光，因一般东西发光时，同时也要发热，如点着了的蜡烛。又如电灯开-亮后灯泡也热得发烫。然而人们并不需要灯光发热，假使能创造出像萤火虫一样不发热的光来那将是很理想的。三十多年前，人们模拟了萤火虫发光的原理创造出一种日光灯（萤光灯）来，基-本上达到了这种要求。

　　随着科学的发展，萤光的应用也越来越广泛。利用萤光检查食物中细菌的含量，在含有易爆性瓦斯的矿井中用萤光灯照明，在弹药库中的指示灯、水下作业的发光灯，无不用的是萤光。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，它可以解释腐蚀现象、光合作用等，特别是激光器的开发利用，因此荣获1992年诺贝尔化学奖。

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动物标签： 萤火虫 鞘翅目 萤科