萤火虫发光的原理是什么？

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每年夏天的夜晚，萤火虫在森林、草地或河边飞舞，它们闪烁的光点如同星星落入人间，给夜晚增添了一份神秘的魅力。不外，你是否好奇过：这些小小的昆虫为何能在黑夜中发光？它们的发光原理又是怎样的呢？

什么是生物发光？

萤火虫的发光征象属于“生物发光”。生物发光是一种生物体通过化学反应产生光的征象。这种发光征象广泛存在于天然界中，除了萤火虫，还有一些海洋生物、真菌、微生物等都具有生物发光能力。




水母等发光动物的发光举动图

不同于我们熟悉的电灯或太阳光，生物发光产生的光是一种冷光，即发光过程中险些没有热量产生。萤火虫、萤光海洋生物等的光照亮的环境，不会像白炽灯那样发热，而是纯粹的光。






萤火虫的发光机制


萤火虫的发光过程是一个复杂的生化反应，涉及到化学物质、酶以及氧气等多个因素。具体来说，萤火虫的发光是通过以下几种关键身分的相互作用实现的：





荧光素：



这是萤火虫发光的主要化学物质。荧光素本身是不发光的，它必要在特定的条件下参与反应，才能释放出光能。


荧光素酶：


这种酶是催化荧光素发光反应的关键。荧光素酶能够加速荧光素和其他物质之间的化学反应，使荧光素在氧气的参与下释放光能。


氧气：


氧气是反应中的必需身分，它与荧光素在荧光素酶的帮助下发生反应，释放出光能。


ATP（腺苷三磷酸）：


ATP 是细胞内的能量货币，为生物体提供能量。在萤火虫的发光反应中，ATP 提供了所需的能量，促使反应顺利进行。

萤火虫的发光反应可以用以下简化的化学式来表示：






这个反应的关键在于荧光素和氧气的化学反应。首先，荧光素和氧气结合，在荧光素酶的催化下发生反应。这个过程中，荧光素的分子结构被改变，释放出光子，从而产生我们看到的光。而这整套反应所释放的光是冷光，即险些不陪同任何热量，光的波长和强度可以通过调整反应的条件来控制。

萤火虫为何必要发光？

虽然萤火虫的发光过程看似简朴，但它对于它们的生存具有重要意义。萤火虫的发光主要有以下几个用途：


1
吸引异性（繁殖）


最为人熟知的萤火虫发光原因是繁殖。成千上万的雄性萤火虫通过发出特定频率的光信号来吸引雌性。不同种类的萤火虫发出的光具有不同的闪烁模式，这样雌性就能识别出符合的雄性。雌性萤火虫通常是通过对光信号的回应来表达是否接受求偶，雄性则通过更加频繁和明显的光信号来吸引雌性。

2
防御作用


除了繁殖，萤火虫的发光还具有防御作用。很多捕食者，如鸟类或爬行动物，厌恶或制止吃到能够发光的昆虫。萤火虫发出的明亮光点可能是其自我保护的一种策略，用于警告潜在的捕食者：“我有毒”或“我不容易捕捉”。这种警告信号能够减少它们被捕食的机会。






3
诱捕猎物


一些种类的萤火虫，特别是那些生活在湿地和森林地带的种类，它们利用发光来诱捕猎物。这些萤火虫的发光吸引了其他小昆虫，如蚊子或飞蛾，从而帮助它们捕食。这种捕猎方式主要见于一些雌性萤火虫，它们会用发光吸引雄性萤火虫靠近，然后捕食它们。
萤火虫发光的演化


萤火虫的发光能力并非一蹴而就，而是随着进化逐渐形成的。科学家认为，生物发光可能最初并不是为了吸引夫妇大概防御捕食者，而是为了适应特定的生态环境。例如，在惨淡的环境中，发光可能帮助它们在夜间找到食物或躲避天敌。随着时间的推移，发光逐渐演化成了一种复杂的社交举动和繁殖策略。


不同种类的萤火虫发光的方式和原因也有所不同。一些萤火虫通过持续的亮光来吸引异性，而另一些则通过短促的闪烁来进行求偶。在某些地区的萤火虫种群中，群体间还会协调发光，以形成壮观的“灯光秀”，这也是生物发光的另一种进化表现。




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来源丨力学科普
责编丨杨雅萍
审校丨徐来、林林

来源：https://view.inews.qq.com/k/20250616A099EM00
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