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萤火虫发光的原理是什么?

萤火虫发光的原理是什么?
2024年04月20日 18:31 新浪网 作者 Newton-科学世界
图片来源:pixabay

  夏天的夜晚,我们有时会看到飞舞的萤火虫,发出闪闪荧光,非常漂亮。那么,萤火虫是怎么发光的呢?

  我们熟悉的萤火虫,是一类能发萤光的小型甲虫,是鞘翅目萤科昆虫的统称,全世界约两千多种,我国约一百多种。

  昆虫的身体分节(头部、胸部、腹部)。萤火虫的发光部位是腹部的发光器,主要由发光细胞和反光细胞组成。发光细胞含有特殊的物质——萤光素和萤光素酶,萤光素酶作为催化剂,催化萤光素与氧气发生化学反应,借助细胞中的能源物质ATP,发出萤光。

图片来源:livescience

  能量有多种形式且只能相互转换,不会凭空产生和消失。台灯发光也发热,是电能转换成光能和热能。萤火虫的发光细胞中,ATP中的化学能也转换成光能和热能,但光能转换效率远高于台灯,热能转换效率则很低,所以发出很亮的“冷光”。这种光被反光细胞反射后显得更加明亮。

  萤光的颜色、亮度和节奏等,取决于萤火虫的种类(基因),也取决于细胞环境(pH、温度、氧气含量等),还受萤火虫神经系统的控制。萤火虫被捕捉后常会停止发光,这是萤火虫神经系统对伤害刺激做出的控制。你也许只见过发光的萤火虫成虫,其实萤火虫在卵、幼虫、蛹、成虫整个生命周期都能发光——萤火虫到死光方尽。

  萤火虫的光,是萤火虫世界的“灯语”,用来传递各种各样的信息,或是告诉小伙伴自己的位置,或是雄性向雌性求偶,或是驱赶敌人。

  发光的动物还有许多,海洋中的夜光虫、某些水母、某些鱼,黑暗洞穴中的蕈蚊等。这些动物发光的原理都与萤火虫类似,依赖于萤光素酶和萤光素酶基因。一些科学家也用萤光素酶基因和萤光作为研究工具。

  本文摘自《科学世界》2024年第1期《Q&A》。

  作者 | 李红云

  新媒体编辑 | 张丽君

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萤火虫
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