发光生物：点缀夜空暗海美妙风景

图/东方IC

蘑菇会发光？！没错，如此神奇而梦幻的场景，就出现在中国科学院西双版纳热带植物园（下称“西双版纳热带植物园”）。近日，工作人员在园中发现并拍摄到了几丛罕见的发光蘑菇，这些小精灵白天看上去就是“平平无奇”的乳白色小蘑菇，到了夜晚则会发出绿色的荧光，星星点点的亮光散布于树干之上，时隐时现，时明时暗，令人称奇。

面对这些发光的蘑菇，人们发出一连串追问：蘑菇为什么会发光？还有哪些生物会发光？发光生物可为未来科技带来哪些畅想？……

发光蘑菇已知至少有97种

“这种拇指大小的菌菇，只会长在百竹园上一年被砍掉而腐烂的竹子根部，晚上会发出绿色的光。我们观察发现，在最初的菌丝阶段，以及末期阶段子实体成熟阶段，它的光特别亮。”西双版纳热带植物园环境教育中心科普专家刘光裕表示，这是种菌暂定名为“东京胶孔菌”——这里的东京与日本无关，而与越南北部旧称“东京”有关。它属于孔菌类群，可分泌一种胶质的物质，蚂蚁、蜗牛都爱吃它，其孢子也较常见的真菌更大。子实体在末期之所以会发出醒目的光，可能有利于吸引节肢动物代为传播孢子。但到目前为止，人们对它的了解还很少，这是不是一个新种，也还没有完全确定。

2018年，中国科学院昆明植物研究所木本资源发掘与农林复合系统构建团队许建初研究组与印度科学家合作，在印度东北部开展了多次联合考察。考察队在梅加拉亚邦一处竹林枯死的竹茎上，也发现一种罗里多菌属的发光真菌。

“发光真菌依靠萤光素酶而发光，萤光素在有氧的情况下，被萤光素酶催化而发生反应时，会从其子实体或菌丝发出光。”许建初介绍，由于在医学、农业与生态环境传感器等方面的广泛应用，生物发光真菌一直受到人们的极大关注。

据2021年4月号《万物》期刊报道，澳大利亚有一种被称为“幽灵真菌”的萤光菌，同样具有生物发光能力，它能产生萤光素的化学物质，在发生化学反应时，会以绿色荧光的形式释放能量。“有人认为这种光可以吸引帮助真菌传播孢子的昆虫，不过目前未有定论。”

许建初表示，发光真菌的研究、利用潜力很大。近期，他的团队不仅在继续研究早期发现的发光真菌，同时还在云南省西双版纳州、丽江市等地相继发现会发光的真菌，正等待发表。到目前，全球已知有97种生物发光真菌类群。

对发光生物的认识正逐渐加深

发光生物是自然界的奇妙创造，除了真菌和细菌，植物、动物都有一些发光的类群。一项研究显示，蒙特利海湾研究所的研究人员在蒙特利湾4千米以上的水域中发现，3/4的动物都能自己产生光。会发光的海洋生物不仅仅局限于少部分深海鱼类，还包括了水母、蠕虫、鱿鱼以及各种各样的动物。

与此同时，绝大多数的生物发光都是有用途的，是它们一种必备的“生存技能”——生物发光有的可以被同类识别，有的可以当作钓饵，有的作传情的信号，有的用于迷惑“敌人”。

比如，在漆黑的海洋深处，时常出现游动的点点“灯火”，给宁静的海底世界带来生命的信息。在众多发光的鱼类中，灯笼鱼只是其中的一种。它们身体上有能发出晶莹夺目光泽的圆形小发光器，因发光器形似灯笼而得名。发光器发出红、蓝、紫等各种颜色，远远望去，荧光闪闪。发出的光可用来诱捕食饵，迷惑天敌，引诱配偶，以利于集群生活。

“生物荧光是进化生物学最有趣的现象之一，主要用于警戒和求偶交流。因此，自达尔文时期甚至更早，具有生物荧光的类群就吸引着众多生物学家。”中国科学院昆明动物研究所实验师董志巍说，萤火虫是最著名的陆生发光生物，其中一些属有限的地理分布和种群稀有性，使其分子系统发育关系仍有诸多不确定性，限制了对生物荧光起源与进化这一有趣现象的探讨。

中外科学家联合考察发现的发光真菌（图/中国科学院昆明植物研究所许建初研究组）

董志巍与同事刘贵春等与西双版纳热带植物园陈兴等合作，利用二代基因组浅层测序，对昆明动物研究所自2002年以来收集的共计15个属23种部分亚洲萤火虫样品进行测序，获得线粒体基因组和核糖体DNA，其中11属22种萤火虫的线粒体基因组和核糖体DNA 均为首次报道。深入研究表明，萤火虫的共同祖先已具有成虫生物荧光。这些工作，也完善了亚洲萤火虫的系统发育研究，并为深入揭示全世界萤火虫的系统发育关系提供了重要数据。

发光生物应用研究前景广阔

生物发光作为一种自然现象，最先应用于海洋捕捞，渔民根据不同的“海火”判别鱼群，提高捕鱼的效率。“海火”还可以为航海者指出暗礁、浅滩，避免海难事故。在早期，“海火”还可在军事上被用于发现敌舰、判断鱼雷和潜艇走向。

生物发光的原理，还能用于新型光源的制造，如现在使用的荧光灯和各种节能灯。生物光不产生热量，如果这种光源在易爆物质的贮存库和充满易燃易爆气体的矿井里，在化学武器贮存库和弹药库里应用，将是最安全的照明设施。如果用于战场，隐蔽性好，不易暴露目标。生物光光源亟待开发成功。

此前，俄罗斯科研人员利用基因移植法，将发光蘑菇的几个基因转移到烟草的DNA 中，首次培育出在夜间可以发光的植物。有关专家指出，未来发光植物可用来装饰房屋和公共场所，因此该项科研成果具有很好的商业用途。

此外，目前一些发光细菌已经被分离出来，正通过实验室进行培养。因有毒的化学物质、重金属离子、抗生素、化学治疗剂、农药等会影响细菌发光，所以科研人员了用发光细菌作为敏感指标物，来测定有毒有害物的含量。一些医院的研究人员，也正在使用细菌生物光测量能安全有效杀死癌肿瘤的药物剂量。

而借助荧光蛋白的发光属性，自2018年起，北京大学李毓龙实验室就开发了可基因编码的一系列监测神经递质的荧光探针，即GRAB 探针系列，其中包括了多巴胺探针。李毓龙指出，他们所创新的方法，最重要、最有趣的是“让细胞自己发光”。

最近，他们成功研发出经过优化的第二代绿色荧光探针，荧光更亮，结合神经递质后，信号变化更为显著。此外，新型红色荧光探针可实现对多巴胺的监测，从先前的单一绿色荧光，拓展到多色荧光。因此，新型探针可以更容易与神经科学领域其他重要技术——如钙成像、光遗传学等结合使用。新型探针也为相关药物筛选优化提供了新的可能。