方陵生

20世紀90年代末，美國馬薩諸塞州伍茲霍爾研究所的海洋生物學家斯蒂文·哈德克拜訪了他的同行下村修。他們都對研究生物熒光具有濃厚的興趣。生物熒光是生物體體內(nèi)的化學反應(yīng)所產(chǎn)生的光，最有名的發(fā)光生物是螢火蟲，此外，一些真菌和許多海洋生物也會發(fā)光。

哈德克回憶道，在他和下村修的那次會面時，下村修從一個瓶中倒出了一把像是芝麻粒樣的東西，然后灑了些水在上面，再放在手掌中揉搓了一下，然后關(guān)上了燈……奇跡出現(xiàn)了——張開的手掌中出現(xiàn)熒熒藍光，仿佛手里捧著一群童話世界里的小精靈。

這些像芝麻粒的發(fā)光體實際上是一種叫作“介形蟲”的微小甲殼類動物的“干尸”。二戰(zhàn)期間，日軍收集了數(shù)量龐大的這類海洋生物。其中的東京灣海螢（海螢火蟲）可發(fā)出幽冷藍色熒光，既可為士兵們照亮查看海圖、互相通信，又不會像燈光照明那樣引起敵方的注意。這是一種簡單而容易獲取的光源，只要加點水就行，非常方便，不需要任何電池。下村修當時展示的浮游生物已經(jīng)風干了很多年，但只要加點水進去，它們?nèi)匀荒軌虬l(fā)出幽幽的藍色冷光。

迷人的生物熒光

哈德克被這種發(fā)光生物迷住了。他從下村修這里要了一部分介形蟲，并帶回了他在加利福尼亞蒙特利灣水族館研究所的實驗室。他將它們放在一個和香料罐差不多大的小瓶里。他很少打開，只測試過五六次。在他心情好的時候，就會將他的“小神燈”從架子上拿下來，召喚那幽冷縹緲的光芒。

生物熒光為什么能讓人如此著迷？畢竟，我們今天已經(jīng)擁有了無處不在的大量光源，每天早上，晨曦初現(xiàn)，一束束光線從樹梢和屋頂后面升起，升得高過飛鳥，高過大山，那就是從東方噴薄而出的金色陽光。陽光潑灑在火陸和海洋上，籠罩在森林的樹冠上，匯聚在山谷和沙漠中，飛掠過城市和農(nóng)莊，溜進我們的房間，滲透到我們的皮膚下，穿過我們的視網(wǎng)膜，照亮我們的心田。光代表了神圣和超自然，人類社會文化中都有關(guān)于光的神秘故事，如神、天使、仙女、精靈和圣徒，都被賦予了神秘的光環(huán)，但是，太陽的光源離我們很遙遠，且只有白天才有陽光。

雖然我們不能直接召喚陽光，但即使是在沒有陽光的日子里，或者是在太陽落山之后的夜晚，我們也可以用其他方式來產(chǎn)生光和控制光。早期人類馴服了火，讓夜晚的火堆帶來光和熱;后來又發(fā)明了電，讓電力為我們帶來光亮，用燈光裝點夜的風景，只要輕按一下開關(guān)，就能讓豎立在街道上的燈柱都亮起來。如今，甚至還有人為了尋求新奇刺激，在自己的皮膚下植入發(fā)光二極體，創(chuàng)造了逆光文身的奇特效果……

盡管人類發(fā)明了許多發(fā)光技術(shù)，但我們從來都無法擁有像介形蟲或螢火蟲的那種天然發(fā)光的能力。它們才是真正的“發(fā)光大師”——光，以我們未能知曉的方式被編織進入它們的生物體中。特別是熒光生物，它們?nèi)绱藦姶蟮淖層袡C體發(fā)光的能力，對于我們來說簡直是一座難以攀登的高峰。

傳奇故事

生物熒光是一種我們難以企及的自然力量。幾千年來，人們?yōu)槠錈o法抗拒的魅力所吸引，將生物熒光進行了許多巧妙的應(yīng)用：羅馬時期，人們將一種叫作“夜光蟲”的發(fā)光水母的黏液涂抹在手杖上，可以兼作照明的火炬用;17世紀末，印度尼西亞土著民族在黑暗的森林中行走時，將生物發(fā)光菌用作手電筒;19世紀前，安全燈還沒有發(fā)明，礦工們往往攜帶著滿瓶的螢火蟲或爬滿了發(fā)光細菌的干魚皮進入黑暗的地下坑道，當作“礦燈”使用，以避免明火進入地下可能導致的瓦斯爆炸。

后來，人們又發(fā)現(xiàn)了介形類和其他微小的發(fā)光海洋生物，但在之前很長的一段時期，一直都沒有人知道這些微小生物的存在。早期的海洋探險家們看到船只周圍和船槳上的熒熒光斑，或波光粼粼的海水區(qū)域，常常感到困惑不解。人們嘗試著對這些現(xiàn)象做出的解釋，更接近于充滿詩意的描繪而不是科學的真相。在當時的許多人看來，水中的熒光是與火相類似的東西。古時候的航海人曾這樣描述道：“海水被攪動時，可以看到水中閃耀著熾烈火星?！睙o獨有偶，17世紀的法國哲學家笛卡兒也將水中看到的閃閃光點比喻為“擊打火石時產(chǎn)生的火焰”。1688年，傳教士和數(shù)學家蓋伊·塔查德在一次前往暹羅的海上航行途中描述道：“灑在海面上的陽光與海水中閃閃的波光交相輝映，渾然一體?！?/p>

1753年，科學家、發(fā)明家本杰明·富蘭克林推測，水中有一些“極其微小的微生物”在水中產(chǎn)生了可見光。與此同時，配備了早期顯微鏡的一些博物學家也證實了富蘭克林的預(yù)感是正確的：海洋里閃耀的生物熒光來自我們?nèi)缃穹Q之為“浮游生物”的一種微小的“海洋昆蟲”。20世紀初，這些“發(fā)光浮游生物”開始被世界上的一些軍事力量所關(guān)注，并被運用于人類的戰(zhàn)爭之中。

當船只通過大群發(fā)光浮游生物時，會在兩邊船舷和船尾帶起一片閃著綠色和藍色光芒的波紋漣漪，這些討厭的“聚光燈”有時會給航行中的海軍艦隊帶來麻煩，尤其是在需要隱形的時候。1918年，第一次世界大戰(zhàn)期間，一艘英國艦艇在西班牙海岸附近擊沉一艘德國u形潛水艇，就是因為發(fā)現(xiàn)了海水中被擾動的浮游生物產(chǎn)生的光。第二次世界大戰(zhàn)和冷戰(zhàn)期間，海軍開始研究如何利用生物發(fā)光現(xiàn)象追蹤潛艇和魚雷。如今，美國海軍仍在繼續(xù)進行生物光的研究，試圖開發(fā)一種既能探測到敵方目標，又能防止己方行動被意外暴露的檢測生物熒光的水上機器人。

1954，海洋生物發(fā)光曾拯救了一位美國軍人的生命。當時，未來的阿波羅13號宇航員詹姆斯·洛弗爾還是一名戰(zhàn)斗機飛行員。他在日本沿海附近執(zhí)行一次訓練任務(wù)時遇上了暴風雨。座艙內(nèi)的儀表盤突然短路失效，所有的指示燈和表盤都熄滅了，他當時無法依靠現(xiàn)代科學技術(shù)將自己帶回航空母艦了。危急之中，他在一片黑暗里注意到在海中閃爍的綠色條紋，很快意識到這是航空母艦的發(fā)光尾跡。在那條生命之光的導引下，他終于準確、安全地降落在了航空母艦上。

榮獲諾貝爾獎

1955年，下村修加入了名古屋大學的一個實驗室的研究，負責從介形類中提取有機化合物熒光素，并擬確定其精確的分子結(jié)構(gòu)。他從此開始了最終將改變生物發(fā)光生物學領(lǐng)域的研究。今天，科學家們已經(jīng)知道海洋中許多發(fā)光生物體內(nèi)有一種酶，叫作熒光素酶，可促進熒光素和氧之間的化學反應(yīng)，從而產(chǎn)生生物熒光。但在當時，科學家還沒有完全理解它是如何發(fā)生的，這還是一個未知的謎。10個月后在一次實驗中，下村修成為了成功分離出熒光素晶體的第一人，邁出了研究其結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵一步。

20世紀60年代，下村修在普林斯頓大學繼續(xù)生物熒光的研究，在那里開始對一種叫作“維多利亞的多管發(fā)光水母”進行了研究。下村修和他的同事收集了大量維多利亞水母標本，提取了少量純凈的發(fā)光物質(zhì)。在這些閃亮的液體中，他們發(fā)現(xiàn)了一種發(fā)光蛋白質(zhì)，將其命名為“水母蛋白（水母素）”，這種水母蛋白即使在沒有氧氣的情況下，在與鈣結(jié)合時也會釋放出藍色的光。水母中的另一種蛋白質(zhì)叫作“綠色熒光蛋白（GFP）”。這種蛋白有時會吸收藍光釋放出綠色的冷光。

1978年，在收集研究了近100萬個水母之后，下村修已徹底揭示了水母發(fā)光蛋白的結(jié)構(gòu)及維多利亞水母獨特的發(fā)光反應(yīng)機制。水母蛋白和綠色熒光蛋白以及后者的基因編碼，如今都己成為生物學和醫(yī)學研究中不可或缺的工具?？茖W家們現(xiàn)在可以它們來標記和觀察活細胞，從而看到以前所看不到的細胞中基因和蛋白質(zhì)的復(fù)雜“舞蹈”。2008年，下村修和另外兩位研究熒光蛋白的科學家一起，因在綠色熒光蛋白（GFP）研究中取得的成就榮獲諾貝爾化學獎。

開發(fā)利用

如今生物熒光除了作為實驗室里有用的工具之外，還有了商業(yè)化的用途。例如，美國加州的一家公司開發(fā)了一種“自己動手做（DIY）”的基因改造工具，客戶可自己在家培育出發(fā)光擬南芥植物。加利福尼亞卡爾斯巴德一家生物公司開發(fā)的一種能夠發(fā)光的叫作“海猴子”的新奇小寵物深受孩子們喜愛。實際上它們可不是什么“海里的猴子”，而是一種叫作“鞭毛藻類”的海洋浮游生物。白天，這種浮游生物進行光合作用，晚上關(guān)掉燈，用力晃動一下養(yǎng)著這種浮游生物的玻璃瓶子，這些浮游生物就會發(fā)出藍綠色的幽幽熒光，就像很久以前海上航行的水手們攪動海水時觀察到的奇景一樣。但是這樣的晃動一晚上最多只能做三次，如果對它們太過粗暴魯莽，就有可能會傷害或殺死這些微小脆弱的浮游生物。

可以想象，這些被困在方寸之地里的小小“游泳明星”有多可憐。每到夜晚，當調(diào)皮而好奇的孩子們動手搖晃時，就會給孩子們帶來歡娛。孩子們這片刻的歡娛，對于這些小生物來說，好似“巨手”在它們的“海洋”里攪動起一片漩渦，無異于災(zāi)難來臨。孩子們玩夠了，將它們的這整個“海洋”收拾好放在一邊時，就像關(guān)上音樂盒的蓋子一樣簡單，而它們，這些會發(fā)光的弱小海洋生物，只是為了這個床邊魔術(shù)而孤獨地茍活著。

裝在瓶子里的發(fā)光生物讓我們有幸一睹這種難得一見的自然現(xiàn)象，但事實上，生物發(fā)光現(xiàn)象在我們這個星球上是很普遍的，尤其是在海洋上?？茖W家估計，目前發(fā)現(xiàn)并己分類編目的數(shù)千種發(fā)光生物只是地球上實際擁有總和的一小部分。發(fā)光生物的絕大多數(shù)可能都是深海生物，它們生活在陽光無法抵達的地方，于是它們就自己發(fā)光（有時也會借助微生物來發(fā)光）。它們的這些天生發(fā)光能力主要用于互相之間的交流，起著警告和恐嚇、躲藏和覓食、誘惑和欺騙等多種作用。生物發(fā)光是地球生物最古老和最普遍流行的“語言”之一，但卻是我們?nèi)祟悷o緣擁有的一種“語言”。自古以來，人類對生物熒光充滿了奇妙的幻想，圍繞著神奇的生物熒光產(chǎn)生了許多美麗的神話故事，但事實是，生物發(fā)光現(xiàn)象并非是一種超自然現(xiàn)象，它們是無數(shù)自然現(xiàn)象的一部分，遺憾的是我們?nèi)祟愄焐鸁o法擁有這種特殊“天賦”。

幸運的是，人類擁有遠超其他生物的智慧，因此，我們具有可以開發(fā)利用發(fā)光生物這種無與倫比的天賦。我們借助于它們發(fā)出的光來揭示我們自身的生物學秘密，如果沒有這種生物熒光，我們也許永遠無法發(fā)現(xiàn)細胞里的隱秘活動。我們不能成為它們，但我們可以借用它們的“天賦”來為我們做一些事情。就像早期人類為太陽之光與海洋之光融為一體而迷醉一樣，我們也因醉心于神秘的生物熒光而讓它們離我們的生活越來越近，我們將它們捧在手心里，收集在瓶子里，放在我們的床頭邊，欣賞它們美麗的幽光，驚嘆大自然造化之力的神奇，滿足我們對探索生命奧秘永無止境的渴望。

（責任編輯 張虹）