生物發光

生物發光的視頻，甲蟲（Elateroidea）。

生物發光現象是在生物體內，由於生命過程的變化，化學反應將化學能轉化為光能而發光的現象。生物發光在英語中名為bioluminescence，該詞為合成詞，是由希臘語中代表生命的bios與拉丁語中意為光的lumen組合而成。大部分發光與三磷酸腺苷（ATP）有關，發光的化學反應不限於在細胞內外發生。對於細菌，發光相關基因的表達被名為發光操縱子（Lux operon）的一種操縱子控制。有生物發光現象的物種在整個進化過程中獨立出現過30次以上^[1]。

生物發光現象在海洋脊椎動物，無脊椎動物，微生物及陸生生物上都有發現。共生生物中也有發光生物的蹤跡。

特點

生物發光是發光的一種形式，被稱做冷光源，因為僅有低於20%^{[來源請求]}的光產生熱輻射。生物發光不應與熒光（生物熒光）、磷光（生物磷光（英語：Biophosphorescence））或是光的折射弄混淆。

約90%的深海生物都會產生某種形式的光。大多數生物發出屬於藍或綠光光譜，這樣更容易通過海水傳播。不過，某些巨口魚發出紅光或紅外光，而浮蠶屬的生物發出黃光。

非海洋生物的發光現象分布較窄，但發光顏色卻更加豐富。最著名的陸上發光生物是螢。其他的昆蟲，昆蟲幼蟲，環節動物，蛛類，甚至某些真菌都被報道有生物發光能力。^{[來源請求]}

某些生物的發光隨晝夜推移而變化。例如夜間發光更明亮，或是僅於夜間發光等。

化學機理

生物發光是化學發光的一種形式，通過化學反應釋放光能。該反應涉及一種發光顏料熒光素，和一種熒光素酶，即酶成分。由於螢光素/螢光素酶組合的多樣性，在化學機理上幾乎沒有共性。從目前研究的系統來看，唯一的共性機制是分子氧的作用，儘管許多例子同時釋放二氧化碳。

發光適應性

5種主要的適應性理論可以解釋發光特性的進化過程。

對抗照明式偽裝

某些種類的魷魚身上的發光菌可發出與上方照射光強相同的光使自身隱蔽，這種現象就是對抗照明^[2]。對於這些動物，感光囊用來控制對比光線以達到與周圍環境優化匹配^[2]。通常情況下魷魚身上的細菌發光組織與感光組織分離，但一種耳烏賊科四盤耳烏賊屬的夏威夷短尾魷魚把兩者合二為一^[3]。

吸引

某些深海魚類如鮟鱇魚發出光吸引獵物。這種魚的頭部伸出懸掛的發光器可將小型魚類吸引到自身附近。有的魚卻反其道而行之。

雪茄達摩鯊發光進行偽裝，不過它腹部上的暗色小斑點在某些大型掠食性魚類如鮪魚和鯖魚看來就像他們捕食的小魚。當它們接近這些「小魚」時，就成了鯊魚的食物。

甲藻對這種發光機理的應用更為奇妙。當這種浮游生物感覺到它的天敵接近時，會立刻發出螢光。這樣捕食腰鞭毛蟲天敵的動物也會被吸引過來，這樣可能就化險為夷了。

利用光吸引異性交配是生物發光的另一種機理。這在螢火蟲身上非常常見，它們在交配季節腹部規律性的閃爍以吸引異性。在海洋生物中這種現象只在一種介形亞綱類的甲殼類動物身上確切地觀察到過。科學研究表明性引誘劑適用於遠程吸引異性，而生物發光適用於近距離呼喚對方。

驅除

某些魷魚及小型甲殼類動物噴出發光化學混合物或發光細菌漿就像烏賊噴的墨水一樣驅趕敵人，從而逃走。所有種類的螢火蟲幼蟲都能發出警示性的光來驅走捕食者。^[4]

交流

生物發光直接影響了細菌間的交流。這種作用會提升宿主的共生效應，並對菌叢聚集產生影響。

照明

雖然大部分海洋生物發出綠光或藍光，但巨口魚產生紅光。這樣可使它們看見紅色的獵物，而因為海水把紅光濾掉這些紅魚通常不被其他深海生物看見。^[5].

生物發光工程中的合理化應用

如下是生物發光工程中某些合理化的應用^[6]^[7]:

利用行道樹發光節省電力開支
代替聖誕樹掛的燈以保證安全
農作物和家庭植物需水時發光
利用新方法檢查肉和其他食物變質
生物鑑定逃犯和精神病患者
在可疑菌落中鑑定菌種
新奇的發光寵物(發光兔，發光鼠，發光魚等等)

發光生物

Omphalotus nidiformis

這是一個關於某種發光蘑菇..

...在黑暗中的例子

所有的細胞從輻射電磁波的形式來說都會發光，只是大多數都是裸眼不可見或無法察覺的光。生物發光現象只有發出某些特定的波長，頻率，亮度等因素下的光。下列是發出可見光的生物名單。

陸生生物

節肢動物
環節動物
蕈類（螢光蕈）
- Omphalotus olearius
- Omphalotus nidiformis
- 蜜環菌（Honey mushroom）
- 鱗皮扇菇（Panellus stipticus）
- 幾種小菇屬菌類，如：墾丁小菇
陸生軟體動物
- Dyakia striata

魚類

海洋無脊椎生物

下村脩在1961年從維多利亞多管發光水母晶體膠凍分隔出水母素發光蛋白和它的輔因子腔腸素。 ^[8]

刺胞動物
櫛水母
棘皮動物 (如真蛇尾目)
裸鰓類
甲殼類
- 介形亞綱動物
- 磷蝦
毛顎動物
軟體動物
- 蛤蜊
- 章魚
  - 單盤蛸科
- 管魷目
  - 巨型魷魚（Colossal Squid）
  - 鞭魷屬（Mastigoteuthidae）
  - 耳烏賊科
  - 螢火魷
  - 吸血鬼烏賊（Vampire squid）

微生物

甲藻門
- 夜光藻
弧菌科 (如費氏弧菌（Vibrio fischeri），哈維氏弧菌（Vibrio harveyi），發光桿菌（Vibrio phosphoreum）)
真菌 (如蜜環菌)

參見

參考資料

^ Hastings,J.W. Biological diversity, chemical mechanisms, and the evolutionary origins of bioluminescent systems. J. Mol. Evol. 19,309 (1983)
^ ^2.0 ^2.1 Young RE, Roper CF. (1976). Bioluminescent countershading in midwater animals: evidence from living squid. Science. 191(4231):1046-8. PMID 1251214
^ Tong D, Rozas NS, Oakley TH, Mitchell J, Colley NJ, McFall-Ngai MJ.Evidence for light perception in a bioluminescent organ. Proc Natl Acad Sci U S A. 106: 9836–9841 PMID 19509343
^ Todd J. Underwood; Douglas W. Tallamy、John D. Pesek. Bioluminescence in firefly larvae: A test of the aposematic display hypothesis (Coleoptera: Lampyridae). Journal of Insect Behavior. 1997年5月, 10: 365. doi:10.1007/BF02765604 （英語）. ^{[永久失效連結]}
^ Long-wave sensitivity in deep-sea stomiid dragonfish with far-red bioluminescence: evidence for a dietary origin of the chlorophyll-derived retinal photosensitizer of Malacosteus niger. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） by R.H. Douglas, C.W. Mullineaux, and J.C. Partridge
^ Bioluminescent fireflies light way^{[永久失效連結]} by Ron McAdow
^ 生物发光问答（英语）. [2020-09-30]. （原始內容存檔於2009-01-29）.
^ Shimomura O. A short story of aequorin. The Biological bulletin. August 1995, 189 (1): 1–5. JSTOR 1542194. PMID 7654844. doi:10.2307/1542194.

外部連結

生物發光網頁（英語）（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
Lights Alive! （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）出自聖迭戈自然歷史博物館
螢火蟲光亮道路^{[永久失效連結]}
光影殺手（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）一篇記錄雪茄達摩鯊生活習性的文章
隨波而光（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）出自斯克里普斯海洋研究所
發光的膝溝藻出自蒙特雷灣水族館研究所
螢火蟲（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）出自UF / IFAS典型生物網站

[1] Hastings,J.W. Biological diversity, chemical mechanisms, and the evolutionary origins of bioluminescent systems. J. Mol. Evol. 19,309 (1983)

[Young-2] 2.0 ^2.1 Young RE, Roper CF. (1976). Bioluminescent countershading in midwater animals: evidence from living squid. Science. 191(4231):1046-8. PMID 1251214

[3] Tong D, Rozas NS, Oakley TH, Mitchell J, Colley NJ, McFall-Ngai MJ.Evidence for light perception in a bioluminescent organ. Proc Natl Acad Sci U S A. 106: 9836–9841 PMID 19509343

[4] Todd J. Underwood; Douglas W. Tallamy、John D. Pesek. Bioluminescence in firefly larvae: A test of the aposematic display hypothesis (Coleoptera: Lampyridae). Journal of Insect Behavior. 1997年5月, 10: 365. doi:10.1007/BF02765604 （英語）. ^{[永久失效連結]}

[5] Long-wave sensitivity in deep-sea stomiid dragonfish with far-red bioluminescence: evidence for a dietary origin of the chlorophyll-derived retinal photosensitizer of Malacosteus niger. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） by R.H. Douglas, C.W. Mullineaux, and J.C. Partridge

[6] Bioluminescent fireflies light way^{[永久失效連結]} by Ron McAdow

[7] 生物发光问答（英语）. [2020-09-30]. （原始內容存檔於2009-01-29）.

[pmid7654844-8] Shimomura O. A short story of aequorin. The Biological bulletin. August 1995, 189 (1): 1–5. JSTOR 1542194. PMID 7654844. doi:10.2307/1542194.

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