海洋發(fā)光生物

背景介紹

自身具有發(fā)光器官、細(xì)胞（包括發(fā)光的共生細(xì)菌），或具有能分泌發(fā)光物體腺體的海洋生物的統(tǒng)稱。

海洋中能發(fā)光的生物種類豐富。從細(xì)菌到脊椎動物幾乎每一門類都有發(fā)光的種類。其中以細(xì)菌、甲藻、水母、頭足類、甲殼類、被囊類和魚類較為多見。

在海洋中，魚類、甲殼類和頭足類發(fā)出的光最明亮，這些動物具有特化的發(fā)光器。據(jù)報道，深海魚類約有2/3能發(fā)光，頭足類約有一半能發(fā)光。全世界已發(fā)現(xiàn)能發(fā)光的生物約有30綱538屬。其中24綱461屬是海洋生物，約占85%，分別屬于從海洋細(xì)菌到海洋魚類的許多門類。但甲藻以外的各類海藻和海洋動物的扁蟲類、帚蟲類、腕足類、毛顎類、須腕類、爬行類、哺乳類等沒有發(fā)光的種類。海洋發(fā)光生物廣泛分布于世界各海域，特別是溫帶和熱帶海域。一般認(rèn)為，在水深超過700米的水層中，90%以上的動物是能發(fā)光的。

海洋生物發(fā)光可分為細(xì)胞內(nèi)發(fā)光和細(xì)胞外發(fā)光兩類。細(xì)胞內(nèi)發(fā)光是細(xì)胞發(fā)光，較為普遍，夜光藻（Noctiluca scintillans）是最常見的代表。當(dāng)細(xì)胞受刺激時，細(xì)胞質(zhì)中絲狀排列的發(fā)光顆粒（一種擬脂蛋白）收縮，發(fā)出淡藍(lán)色閃光。單細(xì)胞的甲藻和放射蟲類，以及許多具有特化的發(fā)光器的多細(xì)胞動物（如水母、櫛水母、多鱗蟲、磷蝦、櫻蝦、頭足類、棘皮動物、被囊類和魚類），都屬于細(xì)胞內(nèi)發(fā)光。細(xì)胞外發(fā)光是由生物的腺體分泌排放出的內(nèi)含物發(fā)光。其中海螢（Cypridina）為最著名的代表。橈足類、齒裂蟲（Odontosyllis）、波葉海牛（Phyllirrhoe）、海筍（Pholas）、柱頭蟲（Balanoglossus）等，都是細(xì)胞外發(fā)光的動物。細(xì)菌的發(fā)光是一種呼吸現(xiàn)象的連續(xù)發(fā)光。其他生物一般都是受刺激后才發(fā)光，其情況因種類而異：發(fā)光細(xì)胞或發(fā)光物質(zhì)貯存器被鄰近的肌肉纖維擠壓，使分泌物外流發(fā)光（如海螢），這是一種神經(jīng)肌肉現(xiàn)象。腺細(xì)胞本身受刺激而排放其內(nèi)含物發(fā)光，這是控制腺體分泌的神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果，如鱗沙蠶（Chaetopterus variopedatus）、游水母。激發(fā)作用引起細(xì)胞變化，導(dǎo)致發(fā)光物質(zhì)的活化，如夜光藻。發(fā)光器發(fā)出的光，如磷蝦、頭足類和魚類。

現(xiàn)有的研究認(rèn)為海洋發(fā)光生物存在著兩種不同的發(fā)光系統(tǒng)：①需要在酶和氧的參與下才能發(fā)出光來，屬于“熒光素-熒光酶系統(tǒng)”，如海螢的發(fā)光是較簡單的酶促反應(yīng)。細(xì)菌的發(fā)光是由于二氫黃素單核苷酸的醛復(fù)合物的酶氧化作用，發(fā)的光是連續(xù)的。②不需要酶的參與，受Ca2+的觸發(fā)而發(fā)光，屬于“發(fā)光蛋白系統(tǒng)”，如多管水母（Aequorea，圖2）、鱗沙蠶、海筍（Pholas dactylus）、磷蝦（Euphausia）等海洋動物，其特點是生物發(fā)光的總量（能力）和發(fā)光蛋白的數(shù)量成比例，整個過程中缺少酶的直接參與。發(fā)光蛋白的結(jié)構(gòu)及作用機(jī)制又因種類而異。

海洋發(fā)光生物可以通過發(fā)光進(jìn)行種類識別、照明、引誘食餌、驚嚇敵害等。如許多深海魚懸擺發(fā)光的誘餌物，以吸引餌料生物。有些蝦類常分泌光霧，迷惑和逃脫敵害。齒裂蟲等在繁殖季節(jié)，以其發(fā)光能力尋求配偶。生物性冷光有多種用途，如發(fā)光菌燈可作為火藥庫的安全照明。生物發(fā)光監(jiān)測磷酸酶、腺苷三磷酸的技術(shù)也被廣泛應(yīng)用。生物發(fā)光不僅具有經(jīng)濟(jì)的和生態(tài)學(xué)的意義，同時也是生物化學(xué)和生物物理學(xué)研究的對象。