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萤火虫发光之谜

作者:佚名 2015-07-27 浏览: 2,116 评论:0

摘要: 最新研究表明,这些晶莹的夏日甲虫是通过某种化学反应来发光,这对提高医疗水平意义重大。 萤火虫的腹部就像是填满生物光的黑匣子。 60年前,科学家就掌握了小匣子里的基本组成元素:氧、钙、镁,以及一种被称作萤光素的天然化学物质。 而且还知道小匣子释放出的光有很多种...

最新研究表明,这些晶莹的夏日甲虫是通过某种化学反应来发光,这对提高医疗水平意义重大。

萤火虫发光之谜

萤火虫的腹部就像是填满生物光的黑匣子。

60年前,科学家就掌握了小匣子里的基本组成元素:氧、钙、镁,以及一种被称作萤光素的天然化学物质。

而且还知道小匣子释放出的光有很多种:黄色、绿色、橙色,甚至还有蓝色的。

但直到该项研究成功以前,致使发光的化学反应机制依然笼罩在迷雾中,同时也魅惑着科学家的心,来自康涅狄格学院的Bruce Branchini 就是其中之一。

“酶和蛋白能将化学能转换为光能,这是个非常普遍的现象,”他说,“但我们更想知道这类生化过程的原理和机制。”

Branchini和他的同行在最新的研究中大获全胜:他们新发现了一个氧电子,是萤火虫发光的关键。

来自康涅狄格学院和耶鲁大学的科学家在实验室中模拟了萤火虫的发光过程,这项研究很可能促成一系列的新发现,以及在医学领域的重要应用。相关研究报道发表在近期的《美国化学会志》中。

苹果、橘子和萤火虫

Branchini和很多化学家一样,对萤火虫发光的传统解释非常困惑,因为它根本就说不通。尤其是上文提到的两种物质氧和荧光素不可能单纯的相互作用并产生光。

 

这个问题的详细解释很复杂,简单打个比方吧,苹果只能和苹果发生化学反应,橘子亦是如此,那么氧和荧光素就像苹果和橘子一样,相互之间是不“感冒”的。而Branchini的研究实验表明,氧是以一种特殊的形式参与到萤火虫的发光行为,这种氧被称作超氧阴离子。

“超氧阴离子是分子氧的形式之一,它包含一个额外的电子,”Branchini解释道。

这个额外的电子使得氧兼有“苹果”和“橘子”的功能。事实证明,它可以促发超氧阴离子与荧光素发生化学反应。他进一步推测到,超氧阴离子很可能是自然界中诸多发光生物体的关键,不管是浮游生物还是深海鱼类。

小虫子大作用

“在我看来,化学是世间万象之本,”马萨诸塞大学医学院的化学生物学家Stephen Miller说道,他的主要研究方向同样是荧光素及其潜在的医用价值。

虽然Miller没有参与本文所述的研究项目,但他极为推崇有关荧光素和发光生物体的研究,因为它们在医学领域中的应用已初见端倪。

例如今年早些时候,Miller和他的同事通过荧光素来测定活鼠脑内的特定酶,或许由此能新增一扇窥探人脑的窗口。

Branchini介绍道,经过证实,萤火虫的荧光素已成为人类肿瘤成像领域的重要工具,同时在研发抗癌药物的试验中起着积极作用。“其实荧光素的应用一直在有序推进,我们只是想知道大自然的运作机制,哪个科学家不好奇呢,”他笑着说。

(译者:清泉石上流)