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螢火蟲是如何以及為何發光的?

—G. 賴斯,華盛頓特區

佛羅里達大學昆蟲學和線蟲學系助理教授馬克·A·布蘭漢解釋說


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螢火蟲體內的一種化學反應使它們能夠發光,這個過程稱為生物發光。當細胞中的氧氣與鈣、能量儲存分子三磷酸腺苷 (ATP) 和熒光素色素在熒光素酶的存在下結合時,就會發出光芒。與產生大量熱量的燈泡不同,螢火蟲產生的是“冷光”。如果它的發光器官像燈泡一樣熱,昆蟲將無法在體驗中存活下來。

發光器官透過向產生光所需的其他化學物質新增氧氣來控制發光的開始和停止。當氧氣可用時,發光器官會發光;當氧氣不可用時,該區域會變暗。沒有肺的昆蟲透過一系列連續變小的管道(稱為氣管)將氧氣從體外輸送到內部細胞。控制氧氣從氣管流出的肌肉工作相對緩慢,因此螢火蟲閃光如此之快一直是個謎。

然而,最近,研究人員發現一氧化氮起著至關重要的作用。通常,細胞內的線粒體保留任何可用的氧氣,細胞器利用這些氧氣為細胞產生能量。為了誘導線粒體釋放一些氧氣,螢火蟲的大腦發出產生一氧化氮的訊號,一氧化氮取代線粒體中的氧氣。進入發光器官的氧氣隨後可以自由地用於發出光的化學反應。但由於一氧化氮分解迅速,氧氣很快又與線粒體結合,光的產生就結束了。

螢火蟲發光的原因有很多。它們在體內產生防禦性類固醇,使其對捕食者來說味道不好,並且它們的光爆發被用作令人厭惡的警告展示。成年後,許多螢火蟲以其物種特有的模式閃爍,從而能夠區分異性成員。多項研究表明,雌性會根據特定的雄性閃光模式特徵來選擇配偶。在兩種不同的螢火蟲物種中,更快的閃光頻率以及更高的強度已被證明對雌性更具吸引力。

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大眾科學 Magazine Vol 293 Issue 6這篇文章最初以“請教專家”為標題發表在 《大眾科學》雜誌 第 293 卷第 6 期(),第 128 頁
doi:10.1038/scientificamerican1205-128
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