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報道。科學家發(fā)現(xiàn)，許多水母都能發(fā)光。不同于其他動物的發(fā)光系統(tǒng)，水母發(fā)光全仗一種叫埃奎林的蛋白質(zhì)，當其遇到鈣離子就能發(fā)出較強的藍色光來。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謎。

在漆黑的海洋深處，時常出現(xiàn)游動的點點“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、紫等各種顏色，遠遠望去，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。

“生物熒光是進化生物學最有趣的現(xiàn)象之一，主要用于警戒和求偶交流。因此，自達爾文時期甚至更早，具有生物熒光的類群就吸引著眾多生物學家。”中國科學院昆明動物研究所實驗師董志巍說，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，限制了對生物熒光起源與進化這一有趣現(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序，對昆明動物研究所自2002年以來收集的共計15個屬23種部分亞洲螢火蟲樣品進行測序，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，隱蔽性好，不易暴露目標。生物光光源亟待開發(fā)成功。

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

莫斯科大學生物學植物園經(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，他們在研究蘑菇等生物發(fā)光時發(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)光的強度也會變化。他還稱，植物穩(wěn)定的發(fā)光不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，也不會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)光亮度會迅速增加。如果幾天內(nèi)燈光一直關(guān)閉，則植株的會根據(jù)自身的生物鐘持續(xù)發(fā)光。這表明，生物發(fā)光的機制反映了植物的代謝速率，也包括機械損傷方面的原因。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”信號迅速通過神經(jīng)開始傳播。“研究發(fā)光植物的機理，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所的發(fā)光植物，因此這項科研成果具有很好的商業(yè)前景。

此外，目前一些發(fā)光細菌已經(jīng)被分離出來，正通過實驗室進行培養(yǎng)。因有毒的化學物質(zhì)、重金屬離子、抗生素、化學治療劑、農(nóng)藥等會影響細菌發(fā)光，所以科研人員了用發(fā)光細菌作為敏感指標物，來測定有毒有害物的含量。一些醫(yī)院的研究人員，也正在使用細菌生物光測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，北京大學李毓龍實驗室就開發(fā)了可基因編碼的一系列監(jiān)測神經(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。李毓龍告訴科技日報記者，他們所創(chuàng)新的方法，最重要、最有趣的是“讓細胞自己發(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，信號變化更為顯著。此外，新型紅色熒光探針可實現(xiàn)對多巴胺的監(jiān)測，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)科學領(lǐng)域其他重要技術(shù)——如鈣成像、光遺傳學等結(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。(科技日報記者 趙漢斌)

關(guān)鍵詞： 發(fā)熒光真菌 發(fā)光蘑菇