螢火蟲是螢科昆蟲的通稱,全世界約2000種,分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)。螢火蟲的腹部有七八節(jié),腹部末端的下方有發(fā)光器,體內(nèi)的熒光素和熒光素酶反應(yīng)后產(chǎn)生黃綠色熒光,這便是螢火蟲的發(fā)光原理。值得一提的是,在發(fā)光的過程中,三磷酸腺苷(即ATP)中的化學(xué)能95%轉(zhuǎn)化為光能,因此螢火蟲的發(fā)光原理在科學(xué)技術(shù)上就有了很多重要的應(yīng)用。例如冷光燈與生物光學(xué)成像等。
冷光燈是一種采用冷光板作為光源材料的燈。同螢火蟲一樣,冷光燈在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中不會(huì)發(fā)熱。由于它有功率小、照度高、基本不產(chǎn)熱的優(yōu)點(diǎn),人們還稱之為“綠色照明燈”。在現(xiàn)代,它以極快的速度被應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域??梢娢灮鹣x發(fā)光原理的這項(xiàng)應(yīng)用的確很重要。
生物光學(xué)成像相較于冷光燈則更加歷史悠久。早在20世紀(jì)80年代末就有一些學(xué)者嘗試向生物體內(nèi)注射熒光染料,并結(jié)合內(nèi)窺實(shí)現(xiàn)光學(xué)測(cè)量,來分辨腫瘤的正常區(qū)域和病態(tài)區(qū)域。在1994年查爾菲等科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了熒光蛋白的成功表達(dá)后,熒光蛋白迅速被應(yīng)用于各種生物學(xué)研究中。
熒光素酶是另一類重要的應(yīng)用于生物成像的生物發(fā)光物。這里的熒光素酶便是之前在螢火蟲的發(fā)光原理中被提到的那種酶。1985年,小德維特等人首次克隆了匹拉里斯的熒光素酶基因,并在大腸桿菌中表達(dá),從中獲得了具有活性的熒光素酶。1986年,他們又測(cè)定了熒光素酶的基因序列。隨后,各種熒光素酶基因相繼克隆成功。時(shí)至今日,科學(xué)家們已經(jīng)可以熟練運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)去檢測(cè)白鼠體內(nèi)的腫瘤了,而且這項(xiàng)技術(shù)可對(duì)細(xì)胞和活體內(nèi)的病毒等實(shí)現(xiàn)定量、實(shí)時(shí)、無創(chuàng)地觀測(cè)。
由上面的這兩個(gè)實(shí)例可以看出,螢火蟲的發(fā)光原理已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中,這不禁讓人驚嘆如此微小的螢火蟲竟然還可以有這么大的作用。當(dāng)然,螢火蟲身上也還有許多未解之謎,有待人類去探索。螢火蟲已經(jīng)為人類未來的道路貢獻(xiàn)了光明,螢火蟲的熒光也正照映著人類科技不斷發(fā)展的夢(mèng)想。