萤火虫是怎么发光的?
来源: 中国科普博览 发布时间:2023-05-18
出品:科普中国
作者:虫言虫语团队
监制:中国科普博览
夏日黄昏,山涧草丛,灌木林间,常见有一盏盏悬挂在空中的小灯,像是与繁星争露,又像是对对情侣提灯夜游。如果你用小网,把"小灯"罩住,便会看到它是一种身披硬壳的小甲虫。由于它的腹部末端能发出点点荧光,人们给它起了个形象的名字——萤火虫。
(图片来源:veer图库)
萤火虫在昆虫大家族中属于鞘翅目,萤科。一般萤火虫体长几毫米,最大的长达17毫米以上。萤火虫是一种神奇而又美丽的昆虫。修长略扁的身体上带有蓝绿色光泽,前胸背板较平阔,常盖住头部,头上一对带有小齿的触角分为11个小节。三对纤细、善于爬行的足。雄的翅鞘发达,后翅像把扇面,平时折迭在前翅下,只有飞时才伸展开;雌的翅短或无翅。有的类群有群居性,需要说明的是并非萤火虫科的所有种类都能发光。萤火虫的一生,经过卵、幼虫、蛹、成虫四个完全不同的虫态,属完全变态类昆虫。
(图片来源:veer图库)
萤火虫的发光器官,雌虫生长在腹部末端三节,从外表看只是一层银灰色的透明薄膜,这就是萤光色素。如果把这层薄膜揭开在放大镜下观察,便可见到数以千计的发光细胞,再下面是反光层,在发光细胞周围密布着小气管和密密麻麻的纤细神经分支。发光细胞中的主要物质是荧光素和荧光酶。当萤火虫开始活动时,呼吸加快,体内吸进大量氧气,氧气通过小气管进入发光细胞,荧光素在细胞内与起着催化剂作用的荧光酶互相作用时,荧光素就会活化,产生生物氧化反应,导致萤火虫的腹下发出碧莹莹的光亮来。又由于萤火虫不同的呼吸节律,便形成时明时暗的“闪光信号”。
(图片来源:veer图库)
萤火虫体内的荧光素并不是用之不竭的,那幺它们不断地多次发光,能量又是从何而来的呢?原来能量来自三磷酸腺苷(简称atp),它是一切生物体内供应能源的物质。萤火虫体内有了这种能源,不但能不间断地发光,而且亮度也较强。只有发光结构还不能发光,还要有脑神经系统调节支配。如果做个实验,将萤火虫的头部切除,发光的机制也就失去作用。雌虫因腹部倒数第2、3节整节都能发光,看起来似为宽带状,而末节只形成点状发光,它在体节两侧,从背面也能看见。雄虫只有腹部末节可以发光,与雌虫腹部末节相同,也呈两个点状光。
萤火虫的卵、幼虫、蛹都可发光。卵在刚产下时是不能发光的,只是临近孵化时,从卵壳外可见2个光点。有实验证明它是幼虫在卵壳内活动所致,因此,实际是已形成的幼虫发的光。幼虫腹部末端倒数第2节可见发光器,但仅能发两个光点,它从背面可见。化蛹4-5天后,蛹的腹部末端两侧各有一个可见光斑,但蛹都在泥沙做的茧室中,所以其发光并不可见。
萤火虫发光的效率非常高,几乎能将化学能全部转化为可见光,为现代电光源效率的几倍到几十倍。由于光源来自体内的化学物质,因此,萤火虫发出来的光虽亮但没有热量,也不产生磁场,人们称这种光为“冷光”。由于萤火虫的光不带辐射热,物理学家们认为这是非常理想的灯光,因一般东西发光时,同时也要发热,如点着了的蜡烛。又如电灯开亮后灯泡也热得发烫,然而人们并不需要灯光发热,假使能创造出像萤火虫一样不发热的光来那将是很理想的。后来,人们模拟了萤火虫发光的原理创造出一种日光灯(萤光灯)来,基本上达到了这种要求。
随着科学的发展,萤光的应用也越来越广泛。利用萤光检查食物中细菌的含量,在含有易爆性瓦斯的矿井中用萤光灯照明,在弹药库中的指示灯、水下作业的发光灯,无不用的是萤光。
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