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萤火虫是如何发光的?死去的萤火虫还会发光吗?

发光的生物总是能带给我们带来一些不一样的情节,在陆地上,最著名的发光生物可能就是萤火虫了。

萤火虫在我们这边被叫做“火金姑”(闽南话直接翻译成普通话),好像许多地方它们的名字中都是有“火”字,不知道你们那边叫什么。

我小时候抓过这些虫子,其实它们真的很臭,但是由于它们可以发光,所以有点味道并不影响它们的受欢迎程度。

萤火虫的种类特别多,目前已知的至少有2000种,分布也特别广泛,从热带到温带,它们适应了大部分昆虫能够适应的环境。

可能也正因为它们分布如此广泛,以及如此特殊,所以有很多科学团队研究过萤火虫,这加深了我们对它们的了解。

图注:萤火虫幼虫也能发光

首先,它们为什么会要发光?

萤火虫成虫的光来自腹部的最下部分,事实上,萤火虫生命周期的每个阶段都会发光,从它的卵到幼虫,再到蛹和成虫都可以发光,只是每个阶段发光的意义不一样。

在成虫的时候,它们发光的目的是为了交配,通过闪烁光源来告诉附近的异性,其实它们的光源有点像“摩斯密码”,2000多种萤火虫闪烁的频率各不相同。

只要你在某地区发现了萤火虫,那么该地区就基本不会只有一种萤火虫,大多时候都是几十种萤火虫共同出现,它们的“摩斯密码”就是用来区分这些不同物种的。

不过至少有一种除外,这种被称作“Photuris”的雌性萤火虫可以破解了其他萤火虫的“摩斯密码”,然后模仿这些闪烁频率来吸引其它雄性萤火虫。

当那些雄性萤火虫靠近时,Photuris就会把它抓住并吃掉,所以这种萤火虫发光的目的,有点像深海琵琶鱼一样,是为了吸引猎物的。

图注:琵琶鱼的光是捕猎工具

别看萤火虫人畜无害的样子,其实它们是高度肉食动物,只是它们的幼虫显得相对无助,它们生活在地下,需要躲避许多捕食者。

所以现在普遍认为,萤火虫发光最初进化的目的是为了警告捕食者,就像自然界那些有毒的生物都往往有很鲜艳的颜色,生怕别人看不到一样。

其实,所有发光生物发光的目的都可以总结成这几点(交配,迷惑对手,吸引猎物),只是萤火虫的光把所有的功能都运用上了。

图注:这种小甲壳动物可以喷射荧光逃跑

这些只是说明了为什么萤火虫会发光,但是它们是如何发光的呢?

萤火虫的这种光被称为“生物发光”,是目前地球上已知的、最高效的光源,也是我们人类工程师梦寐以求的技术。

生物发光是“冷的”,这意味着它发光的同时不会散发热量。相比之下,传统灯泡产生的热量是光的 9 倍,这意味着我们大部分能量都被浪费掉了,而且热量可能会损耗灯泡。

萤火虫的光是由它体内四种化学物质之间的化学反应引起的,分别是萤光素、萤光素酶、镁和 ATP。

具体来说,在萤火虫的发光细胞中有一种叫做过氧化物酶体的细胞器,镁和ATP在这里与荧光素酶和荧光素蛋白结合。

荧光素是一种原子能量过剩的化合物,当氧气加入荧光素的混合物时,其结果就是它被氧化变成一种活跃的分子,并以光的形式释放出来,然后通过虫子的下腹部的透明部分展示出来。

不过到目前为止,关于萤火虫是如何开启和关闭“灯光”的还有一些争议。

主流的一种解释认为,开启“灯光”靠的是氧气,当萤火虫决定“开灯”时,它发出的信号会触发气管周围的细胞产生大量的一氧化氮。

当光细胞内的线粒体被一氧化氮浸透时,细胞内就会产生额外的氧气,从而启动产生光的连锁反应。

而关闭则是用光。

萤火虫的光谱在561-570nm 范围内,所以它展现为绿黄光,当萤火虫要“关灯”时,它们会释放白光,研究人员发现白光可以逆转一氧化氮对线粒体中一种关键呼吸酶的影响,从而起到“关灯”的效果。

图注:梦幻般的萤火虫洞

为何萤火虫现在快速消失?

萤火虫光线永远是我们茶余饭后的话题,但如果你的童年和我一样抓过萤火虫,你会发现它们现在是非常罕见的昆虫,甚至是几乎看不到。

事实上,在世界范围内,这种发光的浪漫昆虫都在急剧消失。

萤火虫的生存方式和蝉有点像,它们一生的大部分时间(幼虫)都待在地下,幼虫主要食物是吃蜗牛、蠕虫和蛞蝓等软体动物,往往会一直生活几个月,有些会达到1年之久。

当它们蛹化成成虫时,就是我们平时看到的那些,它们将只有几天的时间,它们会在这几天之内完成交配和产卵,产卵结束也就等于生命结束。

然而,就像我们前面所说的,它们是靠光来吸引异性的,这显得和人类社区有点格格不入。

由于它们通过闪烁光线来制造“摩斯密码”,当身处人类社区的时候,我们的光线会影响它们寻找配偶,而萤火虫的交配时间特别短暂,所以光污染是萤火虫种群的一大“杀手”。

另外就是杀虫剂的使用,杀死蚊子的杀虫剂大多时候也会对其他昆虫起作用,其中就包括萤火虫;另外就是除草剂“误杀”了许多地下的软体动物,从而影响了萤火虫的种群。

图注:城市的萤火虫展一次会杀死数十万萤火虫

最后

其实萤火虫并不是脆弱的物种,它们的繁殖能力很强,一次可以产500枚发光的卵,但是2007年的时候,一场关于萤火虫的学术会议召开,专家们一致认为中国的萤火虫正在灭绝的边缘[1]。

好吧,确实如此,虽然萤火虫不是什么保护动物,但是它们确实快在中国消失了。

如果萤火虫消失的话,我感觉这个世界真的会减少一大奇观,特别对于小孩子而言,这是一个巨大的损失,这种发光生物太能勾起小朋友的好奇心了。

从现在开始,保护这种黑夜中的精灵,让它们的光亮下去吧!

参考资料

[1]胡宁 任明超.让萤火虫的光亮下去[J].中青在线.2017.05.17