背景介紹

自身具有發光器官、細胞（包括發光的共生細菌），或具有能分泌發光物體腺體的海洋生物的統稱。

海洋中能發光的生物種類豐富。從細菌到脊椎動物幾乎每一門類都有發光的種類。其中以細菌、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、甲殼類和頭足類發出的光最明亮，這些動物具有特化的發光器。據報道，深海魚類約有2/3能發光，頭足類約有一半能發光。全世界已發現能發光的生物約有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、哺乳類等沒有發光的種類。海洋發光生物廣泛分布于世界各海域，特別是溫帶和熱帶海域。一般認為，在水深超過700米的水層中，90%以上的動物是能發光的。

海洋生物發光可分為細胞內發光和細胞外發光兩類。細胞內發光是細胞發光，較為普遍，夜光藻（Noctiluca scintillans）是最常見的代表。當細胞受刺激時，細胞質中絲狀排列的發光顆粒（一種擬脂蛋白）收縮，發出淡藍色閃光。單細胞的甲藻和放射蟲類，以及許多具有特化的發光器的多細胞動物（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），都屬于細胞內發光。細胞外發光是由生物的腺體分泌排放出的內含物發光。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，都是細胞外發光的動物。細菌的發光是一種呼吸現象的連續發光。其他生物一般都是受刺激后才發光，其情況因種類而異：發光細胞或發光物質貯存器被鄰近的肌肉纖維擠壓，使分泌物外流發光（如海螢），這是一種神經肌肉現象。腺細胞本身受刺激而排放其內含物發光，這是控制腺體分泌的神經調節的結果，如鱗沙蠶（Chaetopterus variopedatus）、游水母。激發作用引起細胞變化，導致發光物質的活化，如夜光藻。發光器發出的光，如磷蝦、頭足類和魚類。

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

海洋發光生物可以通過發光進行種類識別、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，以其發光能力尋求配偶。生物性冷光有多種用途，如發光菌燈可作為火藥庫的安全照明。生物發光監測磷酸酶、腺苷三磷酸的技術也被廣泛應用。生物發光不僅具有經濟的和生態學的意義，同時也是生物化學和生物物理學研究的對象。