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   * 萤火虫的发光器官在腹部末端,上面覆盖着一层透明的角质表皮,表皮下 排列着几千个内含荧光素和荧光素酶的发光细胞。当体内氧气充足时,荧光素在荧光素酶的激发下,就可以与萤火虫经气管吸进的氧气化合反应, 合成氧化荧光素。这个过程释放的能量便转化为荧光。平时见到的萤火虫发出的光一明一暗,正是萤火虫断续开关气门控制氧气进入发光器的结果。 萤火虫自备的小灯是自然界中结构最精巧又是最经济的光源。它在发光过程中几乎不产生热,发出的光是"冷光",它几乎能将化学能百分之百地转变为可见光。这比起只能将一小部分能量转变成可见光的白炽灯来说,"效益"要高多了。 萤火虫如此高效地利用化学能,引起了生物化学家的注意。在本世纪 40年代,他们通过对萤火虫发光器的研究,不仅分离出了荧光素和荧光素酶,弄清了萤火虫发光的奥秘;而且还人工合成了这些物质。人们根据萤火虫的发光原理,发明了既省电又明亮的日光灯。现在人们又根据萤火虫的发光技巧制成了冷光源,广泛地应用于怕热、怕磁等工农业生产上。

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   * 荧火虫发光的原理与日光灯还在有一定区别的。前者属生物发光现象。其机理非常复杂。据我所知,目前人工是没法完全模拟的。日光灯的发光是一种荧光现象。灯管上的荧光粉是无机物,与荧火虫毫无关系。其过程是:电流通过灯管中的水银蒸汽,激发水银蒸汽发出紫外线,紫外线再激发灯管壁上的荧光粉发出可见光。

   * 在萤火虫尾部发光细胞中存在着荧光素酶 (E-LH),酶促反应结果使 ATP(三磷酸腺苷) 与 E-LH 先偶联,偶联的高能中间产物 LH2-AMP 在氧气存在时可释放出能量,并以荧光的形式发射出来。萤火虫正是借助于 ATP 提供的能量发出荧光的,这种荧光是萤火虫求偶的信号。

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   * 为了利用生物冷光,就需要生物学家研究它的发光原理了。科学家通过研究发现,荧火虫的发光器在经的肚子上面,发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层上面,排列着几千个能发光的细胞,在这些细胞中,都含有荧光素和荧光酶这两种物质。萤火虫的发光,也就是把化学能转变为光能的过程。荧光素在荧光酶的作用和水分下的配合下与氧化合,于是,就发出了柔合的荧光。
   研究完发光原理之后,人类就要利用它了。其实,早在50多年前,就已根据对荧光虫的研究,发明了日光灯,使照明光源进入了一个新时代。下一步,就从模仿萤火虫,到彻底人工制造生物冷光了。近年来,生物学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素。紧接着,又分离出了荧光酶,甚至还有化学方法人工合成了荧光素。最后,科学家们用荧光素、荧光酶、三磷腺苷和水组合,生产出了真正的生物光源。它不用电,没有磁场,也没有热和火,完全可以放心地在煤矿中使用,不必害怕会引发瓦斯爆炸。它还能用于安全地排除磁性水雷呢。

  * 萤火虫发光颜色为何不同: 新华网东京2006年3月19日电   初夏,闪烁的黄绿色荧光是萤火虫互相交流的工具,而在一些特殊条件下,萤火虫会发出橙色或红色的光。日本科学家探明了与萤火虫发光密切相关的酶的立体构造,进而揭示了荧光颜色的决定机制。
  日本理化研究所发布的新闻公报说,该所与京都大学研究人员使用同步辐射加速器SPring-8对源氏萤体内的荧光素酶进行X射线结晶构造解析,从原子水平上连续拍摄到了这种酶在反应时各个阶段的图像。
  通过对比荧光素酶结晶结构在反应开始前、将要反应时以及反应后3个阶段的变化,科学家发现荧光素酶肽链中排列第288位的异亮氨酸残基在荧光颜色的决定机制中起关键作用。氨基酸分子在参与形成肽链之后,由于脱去水分子而结构不完整,就形成了氨酸残基。
  萤火虫的荧光是其体内的荧光素和荧光素酶反应后生成的。研究人员发现,荧光素酶中的异亮氨酸残基能牢牢地抓住荧光素产生的发光体——氧化荧光素,使萤火虫发出黄绿色的荧光。他们还比较了萤火虫发黄绿色光和发红光时荧光素酶立体构造的不同。结果显示,发黄绿色光时异亮氨酸残基和氧化荧光素结合相当紧密,而发红光时两者结合相对松散。
  为验证这一结果,研究人员人工合成了其他两种荧光素酶,在这两种酶第288位上分别使用分子体积更小的缬氨酸残基和丙氨酸残基来代替异亮氨酸残基。结果正如所料,萤火虫只能发出橙色和红色光。
  约100年前就有这样的记载:萤火虫的荧光是不伴随发热的冷光。1960年,经精密测定发现,萤火虫体内化学反应所得的能量中约90%都转化为光,这种转化效率是迄今发光系统中最高的。科学家认为,如果能根据这次研究获得的荧光素酶立体构造的知识,进一步弄清萤火虫发光反应中转化效率如此高的原因,将有助于开发节约能源的生物纳米机器。这一研究成果已发表于最新出版的英国《自然》杂志。


posted on 2006-06-20 12:22 dabor 阅读(4931) 评论(1)  编辑 收藏 引用 所属分类: 02 与电共舞

评论

# re: 萤火虫 -- [转载, 图] 2006-06-22 16:01 我是你的宝贝
哇~好漂亮哦,可惜我没见过实物.遗憾~  回复  更多评论
  

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