海洋发光生物

背景介绍

自身具有发光器官、细胞（包括发光的共生细菌），或具有能分泌发光物体腺体的海洋生物的统称。

海洋中能发光的生物种类丰富。从细菌到脊椎动物几乎每一门类都有发光的种类。其中以细菌、甲藻、水母、头足类、甲壳类、被囊类和鱼类较为多见。

在海洋中，鱼类、甲壳类和头足类发出的光最明亮，这些动物具有特化的发光器。据报道，深海鱼类约有2/3能发光，头足类约有一半能发光。全世界已发现能发光的生物约有30纲538属。其中24纲461属是海洋生物，约占85%，分别属于从海洋细菌到海洋鱼类的许多门类。但甲藻以外的各类海藻和海洋动物的扁虫类、帚虫类、腕足类、毛颚类、须腕类、爬行类、哺乳类等没有发光的种类。海洋发光生物广泛分布于世界各海域，特别是温带和热带海域。一般认为，在水深超过700米的水层中，90%以上的动物是能发光的。

海洋生物发光可分为细胞内发光和细胞外发光两类。细胞内发光是细胞发光，较为普遍，夜光藻（Noctiluca scintillans）是最常见的代表。当细胞受刺激时，细胞质中丝状排列的发光颗粒（一种拟脂蛋白）收缩，发出淡蓝色闪光。单细胞的甲藻和放射虫类，以及许多具有特化的发光器的多细胞动物（如水母、栉水母、多鳞虫、磷虾、樱虾、头足类、棘皮动物、被囊类和鱼类），都属于细胞内发光。细胞外发光是由生物的腺体分泌排放出的内含物发光。其中海萤（Cypridina）为最著名的代表。桡足类、齿裂虫（Odontosyllis）、波叶海牛（Phyllirrhoe）、海笋（Pholas）、柱头虫（Balanoglossus）等，都是细胞外发光的动物。细菌的发光是一种呼吸现象的连续发光。其他生物一般都是受刺激后才发光，其情况因种类而异：发光细胞或发光物质贮存器被邻近的肌肉纤维挤压，使分泌物外流发光（如海萤），这是一种神经肌肉现象。腺细胞本身受刺激而排放其内含物发光，这是控制腺体分泌的神经调节的结果，如鳞沙蚕（Chaetopterus variopedatus）、游水母。激发作用引起细胞变化，导致发光物质的活化，如夜光藻。发光器发出的光，如磷虾、头足类和鱼类。

现有的研究认为海洋发光生物存在着两种不同的发光系统：①需要在酶和氧的参与下才能发出光来，属于“荧光素-荧光酶系统”，如海萤的发光是较简单的酶促反应。细菌的发光是由于二氢黄素单核苷酸的醛复合物的酶氧化作用，发的光是连续的。②不需要酶的参与，受Ca2+的触发而发光，属于“发光蛋白系统”，如多管水母（Aequorea，图2）、鳞沙蚕、海笋（Pholas dactylus）、磷虾（Euphausia）等海洋动物，其特点是生物发光的总量（能力）和发光蛋白的数量成比例，整个过程中缺少酶的直接参与。发光蛋白的结构及作用机制又因种类而异。

海洋发光生物可以通过发光进行种类识别、照明、引诱食饵、惊吓敌害等。如许多深海鱼悬摆发光的诱饵物，以吸引饵料生物。有些虾类常分泌光雾，迷惑和逃脱敌害。齿裂虫等在繁殖季节，以其发光能力寻求配偶。生物性冷光有多种用途，如发光菌灯可作为火药库的安全照明。生物发光监测磷酸酶、腺苷三磷酸的技术也被广泛应用。生物发光不仅具有经济的和生态学的意义，同时也是生物化学和生物物理学研究的对象。