作者：王嫣語（廈門大學(xué)2020級本科生，海洋科學(xué)專業(yè)）

你知道大海的“藍眼淚”嗎？當(dāng)你走在黑夜的海岸，閃爍著藍色熒光的海浪涌來，這堪比童話的場景，卻是真實存在于現(xiàn)實世界中的。

驚現(xiàn)廈門的藍眼淚（來源：微博）

其實，這些藍色熒光是由一些會發(fā)光的海洋生物形成的，事實上，不僅僅是在近海岸，深海中也有許許多多會發(fā)光的生物，在深夜里，它們讓黑暗又寂靜的海洋變得生機勃勃。

“藍眼淚”與Milky seas

很早以前，沿海的漁民們就目睹過散發(fā)著藍色熒光的海浪，它被他們稱作“?；稹保F(xiàn)在，更多的人稱呼它為“藍眼淚”。

除了“藍眼淚”之外，海面發(fā)光的現(xiàn)象還有“乳白色海洋”現(xiàn)象。我們知道，英文里，銀河稱作The milky way，而“乳白色海洋”，在英文里被稱作Milky seas，大家是不是立刻就有畫面感了呢？1995年，見證過它的船只利馬號曾經(jīng)這樣報道Milky seas,“仿佛船只航行在一片雪上，又仿佛在云中穿行”。

深海中的發(fā)光者

除了海岸的浪潮之外，在光線無法穿透的深海里，也有許許多多會發(fā)光的生物。許多甲殼類、海星、藻類、水母甚至是魚類都有會發(fā)光的本領(lǐng)，小到直徑只有幾毫米的夜光藻，大到體長有一米以上的鎧鯊。而使它們能夠發(fā)光的原因多種多樣，許多物種的發(fā)光機理至今仍是未解之謎。

夜光藻（來源：維基百科）

近期新西蘭研究人員發(fā)現(xiàn)鎧鯊能夠發(fā)光

（來源：《海洋科學(xué)前線》周刊）

總之，不論是創(chuàng)造出“藍眼淚”的生物，還是深海中會發(fā)光的生物，它們共同使得整個海洋變得更加豐富多彩。而接下來，我們將一起探索它們的發(fā)光密碼。

點亮“冷光”

第一步：燈絲

大多數(shù)會發(fā)光的生物都生活在海洋里，而淡水中幾乎沒有會發(fā)光的生物。同時，生物們所發(fā)出的熒光是一種“冷光”，這種光中只有不到20%的光會產(chǎn)生熱輻射和熱量。簡單來說，當(dāng)這種生物熒光照射到我們身上時，我們不會感覺到像太陽光那樣暖洋洋的。

如果說生物發(fā)光就像點亮一個燈泡的過程，那么它所需要的化學(xué)物質(zhì)就像是這個燈泡的燈絲。那么，點亮“冷光”所需要的燈絲是什么呢？

發(fā)出“冷光”的雪茄達摩鯊（來源：[4]）

從化學(xué)的角度來說，海洋生物能夠發(fā)光主要依托于兩種獨特的化學(xué)物質(zhì)，即熒光素和熒光素酶（或是光蛋白）。有趣的是，海洋生物中能夠產(chǎn)生熒光的不同物種們彼此發(fā)光原理各有差異，但這是否與物種的進化有關(guān)，還屬于人類研究的未知范疇。盡管人們已經(jīng)初步揭開了海洋生物發(fā)光的面紗，但海洋生物合成熒光素的完整合成途徑仍不為人所知，因而熒光素的起源至今還未能破解。

熒光素/熒光素酶發(fā)光原理（來源：[11]）

同時，生物使自己發(fā)光的途徑也各不相同。有些生物通過自己產(chǎn)生熒光素來發(fā)光，比如說發(fā)光生物甲藻；而有些生物本身并不能合成熒光素，但卻可以通過吃掉其他的生物或者與它們共生來吸收熒光素，比如說魷魚，它們的光器官中的與它們共生的發(fā)光細菌能讓它們發(fā)光。

與發(fā)光細菌共生的夏威夷短尾魷魚（來源：水下攝影師托德?布瑞特(Todd Bretl)拍攝的一組短尾魷魚）

第二步：開關(guān)

我們把能夠讓生物發(fā)光的化學(xué)物質(zhì)比作是一個燈泡中的燈絲；那么促使生物最終發(fā)光的生物行為或是生態(tài)條件就相當(dāng)于點亮燈泡的開關(guān)。前面我們已經(jīng)介紹了點亮“冷光”的化學(xué)物質(zhì)，那么能夠作為開關(guān)的生物行為和生態(tài)條件又有哪些呢？

一般我們可以把它大致分為兩種：一種是生物自發(fā)性地發(fā)光；另一種是生物受到環(huán)境的影響而發(fā)光。

在海洋中，生物們出于捕食、尋找配偶、防御甚至是識別同類的本能，它們會自發(fā)性地放出熒光。下面來給大家舉幾個有趣的小例子吧。

長相丑陋的鮟鱇魚其實擁有著一個非常小巧漂亮的“小燈籠”，我們也叫它擬餌?？吹竭@個“小燈籠”的名字，想必大家已經(jīng)猜到了它的作用。帶著“小燈籠”的鮟鱇魚，常常能夠引誘到一些弱小的生物們，這些生物們雖然看到了鮟鱇魚頭頂?shù)奈⒐?，卻沒看到下方的兇險，于是就這樣成為了鮟鱇魚的腹中之食。

慘入鮟鱇魚之口的魷魚（來源：[4]）

同時，我們常常認為烏賊們噴出的是黑色的汁液，它們能夠讓捕食者困在黑暗中。但是生活在深海的許多烏賊噴出的并不是黑色的汁液。例如吸血烏賊，它噴出的其實是發(fā)光的粘液，并以此迷惑捕食者，給自己爭取逃脫的時間。還有海蛇尾，它們也能夠發(fā)光，并且當(dāng)遭遇捕食者時，它們能夠分離身體的一些發(fā)光部位來分散捕食者的注意力。

會發(fā)光的海蛇尾（來源：[6]）

另外，不少生物們也利用發(fā)光來在海洋中隱蔽自己。一些生物則通過發(fā)光，讓自身與環(huán)境的顏色融為一體，以此達到偽裝的效果，這種行為我們可以稱之為“反照明”（counterillumination），也有人稱它為“發(fā)光消影”。

刀鯊能夠通過發(fā)光讓獵物和掠食者以為它是只小魚

（圖片來源：[7]）

對于鯊魚來說，它們還能通過發(fā)光來識別同類。它們通過吸收高能階的藍光，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后再以綠光反射出去，這種光通常人的肉眼是看不到的，必須仰賴儀器才能觀察得到，但對于鯊魚們來說，這種光只有同種鯊魚可以彼此看見，是識別同類相當(dāng)有效的“二維碼”。

鯊魚不同位置的熒光擁有不同的作用（原圖來源：[12]）

當(dāng)然，海洋中的生物們還有很多適應(yīng)環(huán)境的發(fā)光現(xiàn)象。例如大多數(shù)海洋生物只能辨識藍綠色的光，它們無法識別黃色、紅色或者紫色。又例如，櫛水母的保護光可以使它被半透明捕食者吞食后，讓這些捕食者發(fā)出光芒，使它們暴露在更高級的捕食者中，這種保護光也被稱為“犧牲標(biāo)簽”。

發(fā)出虹光的櫛水母（來源：百度百科）

總結(jié)來說，上述的生物自發(fā)性的發(fā)光行為，可以用下面這張圖簡略地概括。

原圖片來源：[8]

除了生物自發(fā)性地發(fā)光，一些生物在受到刺激后，也會發(fā)出熒光。

比如說鹽度的下降，可以迫使一些能夠發(fā)光的藻類發(fā)光。當(dāng)它們發(fā)光時，在黑暗的海洋里就像是粉紅色或者是綠色的光點，這種發(fā)光現(xiàn)象我們也叫做火花型發(fā)光。

另外一種我們稱為閃光型發(fā)光，是由水母等一些大型動物受到刺激后發(fā)光的現(xiàn)象。

維多利亞多管發(fā)光水母（來源：[9]）

而我們最開始提到的Milky seas, 是一種海洋會發(fā)出連續(xù)的光的現(xiàn)象，我們也叫它彌漫型發(fā)光?？茖W(xué)家們認為，這很可能是由于海洋表面的發(fā)光細菌造成的。當(dāng)然，這種現(xiàn)象形成的條件非?？量?，必須有數(shù)百萬的細菌存在的同時，其他條件也要非常適宜。同時，Milky seas還能夠被衛(wèi)星觀測到，這張照片中的藍發(fā)光斑有將近300km長，覆蓋面積有夏威夷群島那么大！

衛(wèi)星照片中的Milky seas（來源：[10]）

近在遲尺的發(fā)光海洋

從我們?nèi)祟惤嵌葋碚f，會發(fā)光的海洋生物給我們帶來最直觀的影響當(dāng)然是視覺上的盛宴。?；鸬膲艋镁跋蠓路鹜捰H臨人間，每當(dāng)它們出現(xiàn)，就會迅速登上新聞，吸引人們的視線——星辰墜海，不再是文字，而是實實在在的浪漫。而離我們時間和空間上距離最近的一次，就是近期出現(xiàn)在廈門的筼筜湖和音樂廣場的“藍眼淚”。

廈門網(wǎng)友鏡頭下的“藍眼淚”（圖片來源：維基百科）

但另一方面，想要產(chǎn)生“藍眼淚”的條件可能是非?？量痰模琈ilky seas類似，它需要發(fā)光生物的濃度相當(dāng)高，并伴隨一些例如海水翻涌等條件，而這同時也給我們帶來了生態(tài)環(huán)境上的隱患。一些說法認為，“藍眼淚”的出現(xiàn)很可能意味著海水中一些營養(yǎng)因子含量上升，使得發(fā)光生物的數(shù)量大量上升，換句話來說，這可能是赤潮發(fā)生的先兆。

而對于學(xué)術(shù)研究來說，發(fā)光的海洋生物們也指引著科學(xué)家們在研究生物發(fā)光領(lǐng)域中不斷摸索前進，正如《了不起的蓋茨比》中蓋茨比所信奉的那盞綠燈般不停地閃爍著，牽引著科學(xué)家們逆水行舟，行至魂縈夢繞之所。科學(xué)家們在研究發(fā)光水母時，他們奇跡般地發(fā)現(xiàn)了另一種物質(zhì)，而它就是學(xué)術(shù)界今天所熟知的綠色熒光蛋白（GFP）。

綠色熒光蛋白（來源：百度百科）

或許你還記得，生物課本中那只會發(fā)光的綠色熒光小鼠就是綠色熒光蛋白基因?qū)氲漠a(chǎn)物。綠色熒光蛋白在學(xué)術(shù)界中的應(yīng)用是如此之廣，以至于2008年的諾貝爾化學(xué)獎評獎委員會成員在評價它時，他們親切地稱它“照亮了生物學(xué)研究的未來”。

你相信嗎？北歐神話中有一個古老的傳說，它說人的一生只要看到一道綠光，那么他許下的愿望都會實現(xiàn)。很多人會想，那一定是極光。但我想，相對于天空，海洋中生物發(fā)出的微光，又何嘗不是我們?nèi)松兴诖哪堑谰G光呢？

參考文獻

[1]https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/bioluminescence/

[2]http://blog.sciencenet.cn/blog-3500-620374.html

[3]http://www.ngchina.com.cn/animals/facts/10045.html

[4]https://post.smzdm.com/p/ag87r6x3/

[5]https://www.bbcearth.com/blog/?article=the-mystery-of-the-milky-sea

[6]https://m.sohu.com/a/150202679_473428/?pvid=000115_3w_a

[7]https://edu.glogster.com/glog/2016-lyndon-m-la-7-cookie-cutter-shark/2jvg4tp6s9t?=glogpedia-source

[8]www.annualreviews.org

[9]http://coldwater.science/project

[10]https://seahistory.org/sea-history-for-kids/milky-seas/

[11]https://m.sohu.com/a/333336548_120229188/?pvid=000115_3w_a

[12]：https://sharkdevocean.wordpress.com/2017/05/04/meet-the-deep-sea-shark-that-uses-lightsabers-for-protection/

來源：海洋媒體實驗室


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動】，了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團體定制】，了解最新團體定制活動
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動詳情