2010年5月11日

數不盡的昆蟲資源-會發光的螢火蟲

作者/朱耀沂(台灣大學昆蟲系名譽教授)

會發光的生物不少,包括發光細菌、菇蕈類及夜光蟲、螢光烏賊、發光菇蠅等。首任巡台御史黃叔璥在康熙六十一年至雍正初年間,曾巡檢台灣各地,他的旅行見聞錄《台海使槎錄》中有如下一節:「蜈蚣:腹下有光,夜間青熒,閃爍如螢;毒氣如琉璜,以足踏之,光熠耀不絕」,如此記錄發光性蜈蚣。但談到發光性動物,我們最熟悉的還是螢火蟲。

已知的螢火蟲約有3000 種,但會發光的種類只佔其中三分之一。關於螢火蟲的螢光,最讓人驚訝的是牠發的是冷光,即螢火蟲雖發光,摸了也不像電燈泡般地熱。因為螢火蟲的發光是一種氧化作用,產生的能量只有2%成熱能,剩餘的98%皆為光能,當消耗相同能量時,所發出的光量為蠟燭的8 萬倍,這種情形也見於穴棲的發光性菇蠅(Arachnocampa spp.)的幼蟲;該蟲體長僅約2 毫米,會分泌明顯發光的螢光黏球,以引誘牠的獵物。螢光的另一特性是,不會被風吹滅並可在水中發亮。

螢火蟲的發光過程,是發光物質螢光素(luciferin)和提供能量的三磷酸腺(adenosine triphosphate, ATP)在氧氣存在下,受到螢光(luciferase)的氧化作用。螢光的強度依ATP 的存在量而定, ATP 越多,光度越強。動物和植物的能源都來自ATP ,當牠(它)死亡時,ATP會迅速被分解。非生物體則無法合成ATP ,而這就是螢火蟲死亡後不能再發光的原因。利用此現象,我們可以從螢光素的發光程度來瞭解ATP 的存在情形,進而探知肉眼看不到的微生物,並從發光程度判定其存在量。自1970 年代起,拜基因轉殖技術進步之賜,雖然螢光是由約1000個胺基酸所形成,構造複雜的蛋白質,現在已可利用大腸桿菌大量培養螢光,並開發出利用螢光與螢光素的微生物偵測劑--螢光測知劑(luminometer)。【更詳細的內容,請參閱第485期科學月刊】

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