萤火虫发光原理详解 萤火虫为什么会发光( 六 )


如日光灯、霓虹灯、液晶显示屏、LED等,都是得益于萤火虫的启发而发明出的冷光源 。当然,冷光源并不是一点热量也不会产生,只是发光效率提升了很高,比如日光灯就比白炽灯提升了35%,而LED则提升了75% 。
但也有人认为,萤火虫的发光效率并没有过去认为的那么高 。日本东京大学秋山英教授领导的研究小组,通过测定发光最亮的北美萤火虫,发现其发光量最大的时候光线强度也只有体内发光物质能够发出能量的41%,这还没有日光灯的发光效率 。
但日光灯还是有温度的,这是因为还有一部分能量转化成为热能 。如果萤火虫发光只使用了总能量的41%,但萤火虫并没有发热,那多余的能量转化成什么了呢?看来还值得进一步研究,需要有更多的证据说话 。
在动植物世界,还有许多发光生物,如海洋中有一种深海鮟鱇鱼,头上就有一个会发光的“小灯笼”;一种“月亮鱼”也会发光,有些水母也会发光;还有一些会发光的植物,如“灯草”、“鬼树”等等 。
这些动物植物会发光,有的就和萤火虫一样,身体构造存在荧光素和光素酶,有的则是身体中具有某种特殊蛋白 。如在发光水母的体内就有一种叫埃奎林的蛋白质,在与钙离子结合时就会放出亮光 。
大自然经过几十亿年的鬼斧神工,将动植物雕琢得极其精细完美,其中的机制无比复杂 。人类科技发展到今天,对大自然的模仿还不及其万一 。现代发展起来一门很重要的学科叫仿生学,就是通过弄清动植物界的各种机理,制造出更精美的工具或食物 。
通过学习弄清萤火虫等动植物的发光机制,未来的光能技术也将越来越高级 。
今天就说这些,欢迎讨论,感谢阅读 。
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今天,我们就来从生物学、化学、物理角度,了解一下这种小动物的发光机理 。
一、萤火虫的发光机制简单地说,萤火虫发光是荧光素在催化下,发生的复杂生化反应,在这个反应过程中,会以光的方式释放能量 。也就是说,萤火虫的光和世界上所有的光源一样,都是能量的释放 。
萤火虫有2000多个品种,不同品种发光形式不同,光的颜色也不尽相同,有黄色、橙色、红色、黄绿色及绿色等多种颜色的荧光,今天就不展开说了 。
具体地说,萤火虫发光的部分是其腹部的一个发光器,这个发光器由发光细胞、反射层细胞、神经与表皮细胞等组成 。发光器的构造有点像汽车大灯总成,发光细胞就是灯泡,反射层细胞就如车灯反光镜和灯罩,将灯泡发出的光集中反射出去 。
发光细胞中含有两类化学物质,一类叫作荧光素,另一类叫作荧光素酶 。荧光素在荧光素酶的催化作用下,会与空气中的氧发生化学反应,并释放能量,主要以荧光的形式发出 。因此,萤火虫发光是一种生化反应 。
萤火虫发光为什么会一闪一闪呢?这是因为萤火虫也在呼吸,气管中输送的氧气不均衡,氧气充足时,发光细胞里的化学反应就强烈,亮度就强;反之反应缓慢,光亮就会变弱,甚至黯淡无光 。
在萤火虫体内,还有一种叫三磷酸腺苷(ATP)的化学物,能够调节荧光素的发光功能,在荧光变弱时重新发出光来 。
萤火虫发光的作用一是对自己觅食起到照明作用,二是对敌人起到恐吓和防御作用,更重要的是为了求偶而发出的信息交流 。成虫在晚上会通过发出不同的光寻找伴侣,雄虫一般发光时间为0.2秒,间隔时间为2.2秒;雌虫在雄虫发光后0.5秒做出回应 。
二、萤火虫发出的也是光子吗?当然,这个世界上所有的光都是电磁波,而且都是由光子为媒介传导的 。那么一只萤火虫能发出多少光子呢?这就要从可见光的波长说起了 。

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