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如果你用網在海洋深處拖網，你打撈到水面的幾乎所有生物都能夠發光。海洋生物學家估計，深海生物中約有 80% 到 90% 是生物發光的——它們透過化學過程產生光。
就像深海本身一樣，許多生物閃爍、發光和閃耀的原因對科學來說仍然是個謎。但在過去的十年裡，海洋生物學家伊迪絲·“伊迪”·威德爾比任何其他研究人員都解決了更多關於海底生物發光的難題。威德爾率先開發了專門用於研究生物發光的新技術，並在這一過程中發現了新物種，並記錄了前所未有的動物行為的影像資料。現在，作為海洋研究與保護協會（ORCA）的主席和高階科學家，威德爾目前正準備推出一種新型、更廉價、更便攜的獨特深海相機，她用它來觀察極少被瞥見的、完全不受干擾的海洋生物。她還計劃製造一臺高解析度彩色相機。
看見光明
在 20 世紀 80 年代，威德爾在加州大學聖巴巴拉分校完成神經生物學博士學位期間，花費大量時間研究生物發光鞭毛藻（一種海洋浮游生物）的細胞活動。在生物發光生物的某些細胞內，一種名為熒光素酶的酶催化發光反應，反應物是熒光素和氧氣。不同物種擁有不同變體的酶和色素，但氧氣是將它們聯絡在一起的關鍵成分。一旦威德爾成為生物發光生物學和用於測量生物發光的精密裝置方面的專家，她就開始加入拖網探險隊，拖網探險隊拖網收集發光的海洋生物，並分析它們發出的光。在一次研究探險中，威德爾有機會測試一種名為 WASP 的大氣深海潛水服，它類似於潛水裝甲服。那是她的第一次潛水，但絕不是最後一次。
WASP 讓威德爾沉浸在海洋的生物發光中——真正親眼目睹海底照明的普遍性。一次潛水尤其令人難忘。“我當時正試圖用儀表進行一些讀數，”威德爾說，“突然，潛水服的整個內部都亮起了藍色。” 威德爾碰到了管水母鏈——一種水母親戚的群體——引發了它們的光芒表演。“那景象令人歎為觀止，絕對令人歎為觀止，”威德爾說。“特別是如果你知道產生那種光子需要多少能量——對於管水母來說，能量消耗是如此巨大。”
那次經歷幫助威德爾決定了她博士學位的用途：將海洋生物發光作為她畢生工作的中心，無論付出什麼代價。她無法理解為什麼沒有更多科學家在研究海洋生物如何以及為何發光。她想回答她自己所有的問題。但首先，她需要設計能夠研究生物發光的儀器——當時尚不存在的儀器。
閃爍的小工具
雖然像 WASP 這樣的潛艇和潛水器教會了威德爾很多關於生物發光和海洋生物的知識，但她希望觀察而不打擾：沒有笨重的交通工具，沒有燈光，沒有穿著防水裝甲服的人——只有魚和隱形的觀察者。因此，她設計了一款名為“海中之眼”的相機。威德爾最早在 1994 年嘗試為該專案爭取資金，但未能說服任何一家機構該專案的潛力。相反，她與一系列合作者多年來一點一點地拼湊起了這臺相機。該儀器最初是 2000 年秋季哈維穆德學院工程診所的學生專案。後來，來自國家海洋和大氣管理局（NOAA）和蒙特雷灣水族館研究所（MBARI）的資助使威德爾能夠建造相機的框架併購買水下電池。2002 年，威德爾在加利福尼亞海岸附近的蒙特雷海底峽谷進行了初步測試。
“海中之眼”完全依靠遠紅外光源來照亮周圍環境。大多數深海生物看不到紅光，因為它們的眼睛進化成專注於在水中傳播最遠的較短的藍色和綠色波長。由於這個事實，紅光使相機能夠在不打擾深海生物的情況下觀察它們。由於紅光很容易被海水吸收，“海中之眼”使用超靈敏的黑白相機，該相機可以放大微弱的遠紅外光照明，並且也足夠靈敏，可以記錄在範圍內遊動的任何生物發光生物。
但威德爾並沒有將相機單獨留下，並希望發光的生物會游過來。相反，她利用自己關於生物發光的知識設計了一種獨特的誘餌。威德爾創造了一種電子水母，它使用 16 個藍色 LED 圓圈以圖案閃爍，模仿活體生物發光水母的光芒表演。具體來說，機器人水母模仿了阿托拉水母（Atolla wyvillei），當受到捕食者攻擊時，阿托拉水母會發出光芒顯示作為求救訊號，向更大的捕食者發出訊號以進行干預並可能營救它們。她的想法是，機器人水母會吸引這些相同的大型海洋捕食者來到相機前。
魚類影像資料
2004 年，威德爾在墨西哥灣部署了相機。她在那裡發現的情況無可置疑地證明了“海中之眼”在與電子水母夥伴配對時是多麼有效。
魚類完全不受干擾地游到水下相機附近和周圍。在收集了四個小時的影像資料後，威德爾打開了電子水母，它開始進行風車般的光芒表演。在它開始發光僅僅 86 秒後，機器人就吸引了一條大約兩米長的魷魚——一種科學家以前從未記錄過的物種。威德爾認為，這正是活體生物發光水母在受到較小捕食者攻擊時可能吸引的大型海洋捕食者，目的是自救。
2007 年，威德爾——2006 年麥克阿瑟獎學金計劃“天才”獎獲得者——在巴哈馬群島為期九天的航行中，在三個不同的場合部署了“海中之眼”。相機記錄了幾種不同的深海鯊魚，包括在海底翻尋食物的巨型六鰓鯊——這是一種前所未有的觀察到的行為。威德爾認為這些魚正在尋找巨型等足類動物——看起來有點像巨大的陸生鼠婦（更俗稱鼠婦或潮蟲）的海洋甲殼類動物。
去年，威德爾將“海中之眼”安裝在加利福尼亞州蒙特雷灣海底近 1000 米深處，在那裡它連線到蒙特雷加速研究系統（MARS）——一個高科技網路水下觀測站。一根電纜將相機連線到陸地上的指揮中心，進行持續的電力和影片影像資料交換。它不僅僅是海底的一臺相機；它是有史以來第一臺深海網路攝像頭。“它基本上是海底約 990 米深處的一個插頭，就像一個有六個插座的電源板，”威德爾說。“這是嘗試為海洋接線的第一階段。”
目前，威德爾在 MBARI 的博士後研究員埃麗卡·雷蒙德正在審查“海中之眼”在蒙特雷灣拍攝的影像以及許多較早的影像資料，尋找任何新物種或有趣的現象——例如洪堡魷魚襲擊威德爾投放在網路攝像頭附近以吸引海洋捕食者的豬和海豹屍體。例如，來自巴哈馬群島的影像資料揭示了一種生物發光通訊，其中某種生物有節奏地響應電子水母。“我們在巴哈馬群島得到了某種生物的回應，”威德爾說。“它非常一致——我認為那是一隻蝦。”
光芒對話
事實上，通訊是水下生物發光的主要功能之一，威德爾解釋說，它使海洋生物能夠定位獵物、吸引配偶和躲避捕食者。“你[必須]意識到的是，開闊的海洋環境是地球上最大的棲息地，那裡的動物必須玩與陸地動物相同的所有遊戲，”威德爾說。“它們也需要躲藏的地方，以及相互交流和看見彼此的方式——無論它們是在尋找食物還是性。但它們一生中的大部分時間都生活在這個暮光領域。所以它們進化出了光芒。”
多年來，威德爾的好奇心幫助科學界更好地瞭解了許多最奇異的生物發光海洋生物是如何相互交流和互動的。以餅乾切割機鯊為例：當然，它聽起來很可愛，但這種鯊魚是一種狡猾的獵人——威德爾懷疑生物發光是其武器庫的關鍵組成部分。鯊魚的生物發光胃充當隱形斗篷，透過匹配上方照射下來的光強度來掩蓋自身的陰影——一種稱為逆光偽裝的技巧。但其喉嚨上的黑色項圈模仿了魚的輪廓，引誘更大的魚。當其中一個飢餓的捕食者足夠靠近它認為是下一餐的食物時，它最終會成為食物本身：鯊魚會從其受騙的獵物身上猛咬一口，留下一個餅乾切割機形狀的傷口。
如果這還不夠奇怪，還有鱗皮龍魚（Pachystomias microdon），它可以發射和感知紅光。由於大多數深海生物看不到這種顏色，龍魚使用其生物發光器官，就像紅外狙擊鏡一樣進行捕獵，在不讓獵物注意到任何異常的情況下照亮周圍環境。
威德爾最近發現，她稱之為紅色氣球章魚（Stauroteuthis syrtensis）的章魚的生物發光吸盤正在演變成真正的發光器官。“它證實了關於生物發光如何進化的觀點，”威德爾說。“它是一種開放海洋章魚，所以它不再真正需要吸盤來抓住海底的東西。但在黑暗的海洋深處，它需要光。” 威德爾認為，章魚利用其閃爍的吸盤來吸引獵物，例如被稱為橈足類的小型甲殼類動物。
一種微小的生物仍然讓威德爾感到困惑：閃光管肩魚（Sagamichthys abei)，當受到刺激時，它不僅從肩膀噴射化學光，還噴射整個細胞。“為什麼那條魚會噴射整個細胞，這似乎非常昂貴和奇怪，”威德爾說。“它可能從我們一無所知的其他機制進化而來。我仍然對此感到困惑。”
始終閃耀
很快，威德爾計劃推出深海網路攝像頭的更新版本，該版本更便宜、更輕便、更便攜。“我們即將完成新版本的‘海中之眼’相機系統，這是我和賈斯汀·馬歇爾[澳大利亞昆士蘭大學]之間合作的成果，”威德爾說。“我們集思廣益，討論如何製造儘可能低成本的相機版本，以便我們可以擁有很多臺。我的版本即將在這幾周內出廠。原始版本有點笨重，而新版本是我們所謂的著陸器系統：你把它從船尾扔下去，它漂到海底，落在海底，並持續執行。這個新版本將在許多不同的場景中使用，例如觀察巨型石斑魚的產卵行為。”
威德爾還計劃製造高解析度版本的網路攝像頭，它可以彩色記錄，這將更好地幫助她區分不同型別的生物發光。雖然大多數深海生物發出藍色或綠色波長的光，但水下生物發光有更多顏色。“藍色是在海水中傳播最遠的顏色，但我對許多不同的顏色感到好奇：紅色、橙色、黃色、紫色，甚至延伸到紫外線，”威德爾說。
生物發光研究的應用也激發了威德爾的好奇心。“我們正在以多種不同的方式利用生物發光來保護海洋，”她說。“我們正在使用生物發光細菌來檢測海洋沉積物中的毒素，制定汙染梯度圖並進行水質監測。由於細菌中的生物發光與呼吸鏈直接相關，任何抑制呼吸的東西——如毒素——都會抑制發光。這樣，我們就可以準確地告訴你沉積物有多不健康。”