螢火蟲會發光的原因
2023-03-25 18:26:50 1
夏天到了小時候常見的螢火蟲現在已經很少看到，但是過去也一直很好奇，為什麼這種小小的蟲子屁股會發光呢?看看美國科學家的發現。據美國國家地理在一項新的研究中科學家發現，讓這些閃亮的夏季甲蟲發光的神秘化學機制，而且有朝一日可能應用於人類醫療領域。將螢火蟲的腹部想成一個生物發光的黑盒子。大約60年來，科學家已經知道進入這個黑盒子裡的基本成分──氧、鈣、鎂，以及一種叫做螢光素的自然化學物質。科學家們也知道從這個黑盒子裡發出的是什麼物質──光子，也就是光，以黃色、綠色、橘色，甚至是藍色的閃爍光點形式在夏夜裡跳躍。
不過，一直到最近，製造出螢火蟲光的具體化學反應還一直是個謎團。而謎團，正是像康乃狄克學院（Connecticut College）的布魯斯.布蘭奇尼（ Bruce Branchini）這樣的科學家的最愛。
"酵素與蛋白質將化學能量轉變成光是一種基本的現象，"他說:"我們想知道這個生物化學過程是如何運作的。"布蘭奇尼和同事在新的研究中完成了這件事：他們找到了一顆掌管螢火蟲在夏季發光的額外氧電子。
螢火蟲為什麼會發光？這個問題長久以來一直困擾著科學家。現在康乃狄克學院的布魯斯.布蘭奇尼與耶魯大學的同事在實驗室裡重現了螢火蟲的光。這項成果為更多的發現點亮了一盞明燈，而且可能會導向令人興奮的醫學應用。最近發表於《美國化學學會期刊》（Journal of the American Chemical Society）的這項發現提供了迄今與螢火蟲生物發光有關的化學作用最詳細的描述。
蘋果、橘子和螢火蟲
有關螢火蟲如何讓臀部發光的傳統解釋一直困擾著布蘭奇尼和其他化學家。首先，傳統的解釋應該是行不通的。具體來說，先前提到的兩種成分──氧與螢光素之間的反應不是發光所需的反應。其中的原因解釋起來很複雜，不過簡單的解釋就是蘋果只會和蘋果起化學反應，而橘子只會和橘子起化學反應，換句話說，氧和螢光素就像蘋果和橘子一樣。
布蘭奇尼的實驗顯示螢火蟲發光所牽涉到的氧來自於一種稱為過氧化陰離子的特殊型態。他說:過氧化陰離子是一種氧分子的型態，裡面包含一顆額外的電子。如果我們延續蘋果與橘子的比喻，那麼，這顆額外的電子就是能讓氧的屬性既是蘋果又是橘子。意思是，這個分子能夠與螢光素產生化學反應，就像以前科學家猜測的那樣。布蘭奇尼補充，過氧化陰離子可能是生物發光能夠在從浮遊生物到深海魚類的自然界中運作的方式。
瓶中的螢火蟲
研究螢光素與其在人體醫療上應用潛力的麻薩諸塞大學醫學院化學生物學家史蒂芬.米勒（Stephen Miller）說:對我來說，這是化學上唯一合理的解釋。未參與這項研究的米勒表示，由於螢光素和生物發光在醫學上的應用潛力，繼續研究它們很重要。
舉例來說，今年稍早，米勒參與的一個團隊即使用螢光素檢測活老鼠大腦中的特定酵素，日後這可能為醫生提供窺探人類大腦的另一扇窗。研究的主要作者布蘭奇尼表示，螢火蟲螢光素已經證實在人類的腫瘤顯影以及開發抗癌藥物上是個有效的工具。不過他說:最終我們只是想要了解大自然是如何運作的，其他方面的應用不見得一定會跟進。
