为什么青蛙会飞
11832023-12-04
大家好,感谢邀请,今天来为大家分享一下为什么荧火虫会发光的问题,以及和眼前有萤火虫般闪光为什么的一些困惑,大家要是还不太明白的话,也没有关系,因为接下来将为大家分享,希望可以帮助到大家,解决大家的问题,下面就开始吧!
本文目录
火虫会发光,很多人都知道。在夏季的夜晚,走到庭园或田野里去,当你看到一闪一闪的流萤飞舞在灌木丛的上空,就像一盏盏小灯笼,可能会脱口喊出“萤火虫”三个字来。萤火虫发光是为了照明吗?不是,它的发光是作为一种招引异性的信号。停在叶片上的雌萤火虫见到飞过的雄萤火虫发出的荧光后,立即放出断续的闪光,雄萤火虫见了就会朝它飞去。
在自然界除了萤火虫外,会发光的生物很多。动物界大约有1/3含有发光生物,海洋中会发光的细菌已知有70余种。热带和温带海面上出现的“海火”奇观,就是无数发光细菌聚集在一起放出的光所致。当然夜光虫更是“海火”的生成者。在某些深海水域,几乎95%的深海鱼类都会发光,一种斧头鱼,身体只有5厘米长,浑身透明,具有一系列的发光器,它在光线难以透进的深海中发光扩散而照亮了一定的范围,使得斧头鱼能在黑暗中认别同类,群聚或寻找对象。其实人本身也能发光,当然放出的光绝不会像神话小说中所描述的那样头上有光环,而是放出肉眼所不能见到的超微光。
人们对发光生物发出的生物光产生了浓厚的兴趣,这是因为:(1)生物光的效能实在太高。古书《古今秘苑》记载有:古时我国渔民用百多只萤火虫装入一个吹胀的羊膀胱内,将它结扎在渔网底下,就能招来鱼群,从而提高捕鱼量。数十只萤火虫装入囊中放出的光量就能解决车胤的夜读照明问题。据测定,一个发光细菌所发出的光相当于1.9×10-14烛光。如此高效能的光源是不会不被人们注意的;(2)爱迪生发明了电灯,取代了用火照明。电灯无烟,光亮而且安全。但是,当你靠近开亮的电灯泡,就会感觉到热,愈是接近愈觉得热,这说明电只有使灯泡的钨丝烧热才能发光,而且大部分能量都以红外线形式转变成热散发了。此外,这种热线对人眼是无益的,而生物光是目前已知唯一不产生热的光源,因此也叫“冷光源”,其发光效率可达100%,全部能量都用在发光上,没有把能量消耗在热或其他无用的辐射上,这是其他光源办不到的。
人们研究生物光,虽然对生物发光的机制还了解得不多,但就现有的研究和了解,已取得一定的效益。通过对萤火虫的研究,已知萤火虫约有1500多种,各自发出不同的光,作为自己特有的求偶信号,不同种之间不会产生误会。萤火虫的发光部位是在腹部,那里的表皮透明,好像一扇玻璃小窗,有一个虹膜状的结构可控制光量,小窗下面是含有数千个发光细胞的发光层,其后是一层反光细胞,再后是一层色素层,可防止光线进入体内。发光细胞是一种腺细胞,能分泌一种液体,内含两种含磷的化合物:一种是耐高热,易被氧化的物质叫荧光素;另一种不耐高热的结晶蛋白叫荧光酶,在发光过程中起着催化作用。在荧光酶的参与下,荧光素与氧化合就发出荧光,氧是从营养发光层的血管进入发光细胞的。由于血管随着它周围肌肉收缩而收缩,当血液中断供应时,氧就不能到达发光细胞,荧光也随之熄灭。生物发光需要氧,是英国学者波义耳在试验基础上发现的。波义耳将装有发光细菌瓶中的空气抽出,细菌立即停止发光。将空气重新注入,细菌又马上发光。后来才知道是空气中含氧所致。发光反应所需的能量是来自一种存在于一切生物体内的高能化合物,叫三磷酸腺苷,简称ATP。美国约翰·霍普金斯大学的研究人员将萤火虫的发光细胞层取下,制成粉末,将它弄湿就会发出淡黄色的荧光,当荧光熄灭时,若加入ATP溶液,荧光又会立即重现。说明粉末中的荧光素可被ATP激活。因此,荧火虫每次发光,荧光素与ATP相互作用而不断重新激活。
生物发光和光合作用都是“电子传递”现象。有人认为生物发光好像是光合作用的逆反应。光合作用是绿色植物吸取环境中的二氧化碳和水分,在叶绿体中,利用太阳光能合成碳水化合物,同时放出氧气。光能从水分子上释放电子,并把电子加到二氧化碳上,产生碳水化合物,这是一个还原过程。光合作用把光能转变成化学能,而生物发光是电子从荧光素分子上脱下来和氧化合,形成水,产生光。生物发光是将化学能转变成光能。
人们研究生物光是为了利用它,这种冷光源效能高、效率大、不发热、不产生其他辐射、不会燃烧、不产生磁场等特点,对于手术室、实验室、易燃物品库房、矿井以及水下作业等都是一种安全可靠的理想照明光源。人们还可以设法模仿发光生物把一种形式的能量转换成另一种形式的能量,制造冷光板,使其不需要复杂的电路和电力,就能白天吸收太阳光,到晚上再将光能放出来。
人们先是从发光生物中分离出纯荧光素,后来又分离出荧光酶。现在已能人工合成荧光素,这就使人类模仿生物发光创造出一种新的高效光源——冷光源成为可能。但是,人们对生物发光的认识还很肤浅,就拿研究得较多的萤火虫来说,萤火虫发光是为了交配,然而萤火虫的卵刚产下时,内部也发着光,萤火虫幼虫也会发光,这些又是为什么?它们是怎样发光的?人们都还不了解。因此,人类对生物发光研究得越清楚,对于创造这种新光源必然会越有利。
萤火虫的发光是生物发光的一种,生物发光(bioluminescence),指的是生物体或生物体提取物发光的现象,这是一种特殊类型的化学发光,人们通常称之为“冷光”,不依赖于生物体的光吸收。生物发光的机制是:由细胞合成的化学物质,在一种特殊酶的作用下,其化学能转化为光能。
提起生物发光,人们首先会想到萤火虫,萤火虫有专门的发光细胞,在发光细胞中有两类化学物质,含磷的发光质与一种催化酵素,萤火虫在发光器上会有一些气孔,由气孔引入空气。
雄萤腹部有2节发光,雌只有1节,发光是一种消耗能量的活动,所以萤火虫不会整晚发亮,一般只维持2至3小时。成虫寿命一般只有5天至2星期,这段时间的主要任务就是交尾繁殖下一代,所以萤火虫在日落一小时后非常活跃,雄虫会在二十秒中闪动亮光,等二十秒,再次发出讯号,耐心等待雌虫的一次强光回应,没有得到雌虫的反应时,雄虫就会飞到别的地方去。
萤火虫发光的颜色不同,是由于它们所含的荧光素和荧光酶各不相同。萤火虫的发光有引诱异性和使同类聚集的作用。
萤火虫含磷的发光质被称作萤火虫荧光素,另一类催化酵素川被称为荧光素酶。萤火虫的发光依赖于萤光素(D-luciferin)和萤光素酶(luciferase)两种物质。
荧光素是一种小分子有机化合物,在荧光酶存在的条件下被氧化成处于激发态的氧化荧光素,激发态不稳定,重新回到稳定的基态时,多余的能量就会转化为荧光,并得到氧化荧光素。此时推动小分子进入激发态的是生物氧化,耗费生物能。
反应中释放的能量几乎全部以光的形式释放,只有极少部分以热的形式释放,反应效率为95%,萤火虫透过这样的作用来发出光芒。而这样发出来的光,由于大部份的能量都转为光能,只有少部份化为热能,所以称之为冷光。
因为发光质与光能的转换相当有效率,所以萤火虫可以发光相当长的一段时间。萤火虫本身可以控制进行这样的作用来发光,因此不会过热灼伤。人类到目前为止还没办法制造出如此高效的光源。
不同发光生物有不同的荧光素和荧光素酶。在生物体外,要想模拟这种机制,可以让荧光分子经某种波长的光照射,吸收光的能量后进入激发态,此时,没有入射光,就不会有荧光。
萤火虫的发光器构造由数层细胞组成,在皮肤下有发光细胞,在发光细胞下有反光细胞,可以反射发光细胞发出的光来使光看来更亮。
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。
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。
题主所说的荧光剂,我想应该是指的我们平时可以看到的那种荧光手环里的物质吧。
荧光手环里面含有化学物质,当化学物质反应时,会释放出能量,手环里的荧光染料随后将获得的能量转化为光能,不同的荧光染料会发出不同颜色的光。里面发生反应的化学物质已经消耗殆尽,那么手环就不亮了。
而萤火虫则不同,萤火虫体内一种称作虫萤光素酶的化学物质,他会促进体内荧光素与氧气相互作用,从而产生的光亮。当萤火虫产生虫萤光素酶的时候,并且氧气含量足够时这种反应就开始了。
比如,当萤火虫开始活动时,就会吸入不少氧气,通过特殊的身体结构,氧气被送到尾部,在这里荧光素在荧光素酶的作用下与氧气发生生物氧化反应,释放出光亮。而萤火虫的呼吸节奏,也决定了吸入氧气的时间,间接表现为发光一闪一闪的。
因此,萤火虫发光并不是因为荧光剂,荧光剂发光是纯粹的物理化学反应,而萤火虫是通过生物氧化反应来发光的。其效率可是人类产生光的效率的数倍之多。
原创不易,请各位多多支持。
喜欢的,可以留言讨论
我们所看到的天上的星星一般情况下是恒星,它们居于宇宙之中向外发射光线(电磁波)。同时它们光线的发射是恒定的(在其生命周期之内),一般情况下不会出现闪烁的情况。而在我们的眼里星星之所以是闪烁的与我们自己所居住的地球有很大关系,地球有着厚厚的大气层,大气层内空气的流动及空气分子与空气杂质对光线有着很强的干扰作用(吸收、散射、反射),因而在我们的眼中,天上的星星是一闪一闪的。萤火虫不会飞得很高的,发淡蓝色光的不一定是萤火虫,同时萤火虫发的不是蓝色而是黄色的光。
好了,文章到此结束,希望可以帮助到大家。