圖/東方IC
蘑菇會(huì)發(fā)光?!沒(méi)錯(cuò),如此神奇而夢(mèng)幻的場(chǎng)景,就出現(xiàn)在中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(下稱(chēng)“西雙版納熱帶植物園”)。近日,工作人員在園中發(fā)現(xiàn)并拍攝到了幾叢罕見(jiàn)的發(fā)光蘑菇,這些小精靈白天看上去就是“平平無(wú)奇”的乳白色小蘑菇,到了夜晚則會(huì)發(fā)出綠色的熒光,星星點(diǎn)點(diǎn)的亮光散布于樹(shù)干之上,時(shí)隱時(shí)現(xiàn),時(shí)明時(shí)暗,令人稱(chēng)奇。
面對(duì)這些發(fā)光的蘑菇,人們發(fā)出一連串追問(wèn):蘑菇為什么會(huì)發(fā)光?還有哪些生物會(huì)發(fā)光?發(fā)光生物可為未來(lái)科技帶來(lái)哪些暢想?……
“這種拇指大小的菌菇,只會(huì)長(zhǎng)在百竹園上一年被砍掉而腐爛的竹子根部,晚上會(huì)發(fā)出綠色的光。我們觀察發(fā)現(xiàn),在最初的菌絲階段,以及末期階段子實(shí)體成熟階段,它的光特別亮?!蔽麟p版納熱帶植物園環(huán)境教育中心科普專(zhuān)家劉光裕表示,這是種菌暫定名為“東京膠孔菌”——這里的東京與日本無(wú)關(guān),而與越南北部舊稱(chēng)“東京”有關(guān)。它屬于孔菌類(lèi)群,可分泌一種膠質(zhì)的物質(zhì),螞蟻、蝸牛都愛(ài)吃它,其孢子也較常見(jiàn)的真菌更大。子實(shí)體在末期之所以會(huì)發(fā)出醒目的光,可能有利于吸引節(jié)肢動(dòng)物代為傳播孢子。但到目前為止,人們對(duì)它的了解還很少,這是不是一個(gè)新種,也還沒(méi)有完全確定。
2018年,中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所木本資源發(fā)掘與農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)構(gòu)建團(tuán)隊(duì)許建初研究組與印度科學(xué)家合作,在印度東北部開(kāi)展了多次聯(lián)合考察。考察隊(duì)在梅加拉亞邦一處竹林枯死的竹莖上,也發(fā)現(xiàn)一種羅里多菌屬的發(fā)光真菌。
“發(fā)光真菌依靠螢光素酶而發(fā)光,螢光素在有氧的情況下,被螢光素酶催化而發(fā)生反應(yīng)時(shí),會(huì)從其子實(shí)體或菌絲發(fā)出光?!痹S建初介紹,由于在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境傳感器等方面的廣泛應(yīng)用,生物發(fā)光真菌一直受到人們的極大關(guān)注。
據(jù)2021年4月號(hào)《萬(wàn)物》期刊報(bào)道,澳大利亞有一種被稱(chēng)為“幽靈真菌”的螢光菌,同樣具有生物發(fā)光能力,它能產(chǎn)生螢光素的化學(xué)物質(zhì),在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),會(huì)以綠色熒光的形式釋放能量?!坝腥苏J(rèn)為這種光可以吸引幫助真菌傳播孢子的昆蟲(chóng),不過(guò)目前未有定論?!?/p>
許建初表示,發(fā)光真菌的研究、利用潛力很大。近期,他的團(tuán)隊(duì)不僅在繼續(xù)研究早期發(fā)現(xiàn)的發(fā)光真菌,同時(shí)還在云南省西雙版納州、麗江市等地相繼發(fā)現(xiàn)會(huì)發(fā)光的真菌,正等待發(fā)表。到目前,全球已知有97種生物發(fā)光真菌類(lèi)群。
發(fā)光生物是自然界的奇妙創(chuàng)造,除了真菌和細(xì)菌,植物、動(dòng)物都有一些發(fā)光的類(lèi)群。一項(xiàng)研究顯示,蒙特利海灣研究所的研究人員在蒙特利灣4千米以上的水域中發(fā)現(xiàn),3/4的動(dòng)物都能自己產(chǎn)生光。會(huì)發(fā)光的海洋生物不僅僅局限于少部分深海魚(yú)類(lèi),還包括了水母、蠕蟲(chóng)、魷魚(yú)以及各種各樣的動(dòng)物。
與此同時(shí),絕大多數(shù)的生物發(fā)光都是有用途的,是它們一種必備的“生存技能”——生物發(fā)光有的可以被同類(lèi)識(shí)別,有的可以當(dāng)作釣餌,有的作傳情的信號(hào),有的用于迷惑“敵人”。
比如,在漆黑的海洋深處,時(shí)常出現(xiàn)游動(dòng)的點(diǎn)點(diǎn)“燈火”,給寧?kù)o的海底世界帶來(lái)生命的信息。在眾多發(fā)光的魚(yú)類(lèi)中,燈籠魚(yú)只是其中的一種。它們身體上有能發(fā)出晶瑩奪目光澤的圓形小發(fā)光器,因發(fā)光器形似燈籠而得名。發(fā)光器發(fā)出紅、藍(lán)、紫等各種顏色,遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去,熒光閃閃。發(fā)出的光可用來(lái)誘捕食餌,迷惑天敵,引誘配偶,以利于集群生活。
“生物熒光是進(jìn)化生物學(xué)最有趣的現(xiàn)象之一,主要用于警戒和求偶交流。因此,自達(dá)爾文時(shí)期甚至更早,具有生物熒光的類(lèi)群就吸引著眾多生物學(xué)家?!敝袊?guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所實(shí)驗(yàn)師董志巍說(shuō),螢火蟲(chóng)是最著名的陸生發(fā)光生物,其中一些屬有限的地理分布和種群稀有性,使其分子系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系仍有諸多不確定性,限制了對(duì)生物熒光起源與進(jìn)化這一有趣現(xiàn)象的探討。
中外科學(xué)家聯(lián)合考察發(fā)現(xiàn)的發(fā)光真菌(圖/中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所許建初研究組)
董志巍與同事劉貴春等與西雙版納熱帶植物園陳興等合作,利用二代基因組淺層測(cè)序,對(duì)昆明動(dòng)物研究所自2002年以來(lái)收集的共計(jì)15個(gè)屬23種部分亞洲螢火蟲(chóng)樣品進(jìn)行測(cè)序,獲得線粒體基因組和核糖體DNA,其中11屬22種螢火蟲(chóng)的線粒體基因組和核糖體DNA 均為首次報(bào)道。深入研究表明,螢火蟲(chóng)的共同祖先已具有成蟲(chóng)生物熒光。這些工作,也完善了亞洲螢火蟲(chóng)的系統(tǒng)發(fā)育研究,并為深入揭示全世界螢火蟲(chóng)的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系提供了重要數(shù)據(jù)。
生物發(fā)光作為一種自然現(xiàn)象,最先應(yīng)用于海洋捕撈,漁民根據(jù)不同的“?;稹迸袆e魚(yú)群,提高捕魚(yú)的效率?!昂;稹边€可以為航海者指出暗礁、淺灘,避免海難事故。在早期,“?;稹边€可在軍事上被用于發(fā)現(xiàn)敵艦、判斷魚(yú)雷和潛艇走向。
生物發(fā)光的原理,還能用于新型光源的制造,如現(xiàn)在使用的熒光燈和各種節(jié)能燈。生物光不產(chǎn)生熱量,如果這種光源在易爆物質(zhì)的貯存庫(kù)和充滿(mǎn)易燃易爆氣體的礦井里,在化學(xué)武器貯存庫(kù)和彈藥庫(kù)里應(yīng)用,將是最安全的照明設(shè)施。如果用于戰(zhàn)場(chǎng),隱蔽性好,不易暴露目標(biāo)。生物光光源亟待開(kāi)發(fā)成功。
此前,俄羅斯科研人員利用基因移植法,將發(fā)光蘑菇的幾個(gè)基因轉(zhuǎn)移到煙草的DNA 中,首次培育出在夜間可以發(fā)光的植物。有關(guān)專(zhuān)家指出,未來(lái)發(fā)光植物可用來(lái)裝飾房屋和公共場(chǎng)所,因此該項(xiàng)科研成果具有很好的商業(yè)用途。
此外,目前一些發(fā)光細(xì)菌已經(jīng)被分離出來(lái),正通過(guò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培養(yǎng)。因有毒的化學(xué)物質(zhì)、重金屬離子、抗生素、化學(xué)治療劑、農(nóng)藥等會(huì)影響細(xì)菌發(fā)光,所以科研人員了用發(fā)光細(xì)菌作為敏感指標(biāo)物,來(lái)測(cè)定有毒有害物的含量。一些醫(yī)院的研究人員,也正在使用細(xì)菌生物光測(cè)量能安全有效殺死癌腫瘤的藥物劑量。
而借助熒光蛋白的發(fā)光屬性,自2018年起,北京大學(xué)李毓龍實(shí)驗(yàn)室就開(kāi)發(fā)了可基因編碼的一系列監(jiān)測(cè)神經(jīng)遞質(zhì)的熒光探針,即GRAB 探針系列,其中包括了多巴胺探針。李毓龍指出,他們所創(chuàng)新的方法,最重要、最有趣的是“讓細(xì)胞自己發(fā)光”。
最近,他們成功研發(fā)出經(jīng)過(guò)優(yōu)化的第二代綠色熒光探針,熒光更亮,結(jié)合神經(jīng)遞質(zhì)后,信號(hào)變化更為顯著。此外,新型紅色熒光探針可實(shí)現(xiàn)對(duì)多巴胺的監(jiān)測(cè),從先前的單一綠色熒光,拓展到多色熒光。因此,新型探針可以更容易與神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域其他重要技術(shù)——如鈣成像、光遺傳學(xué)等結(jié)合使用。新型探針也為相關(guān)藥物篩選優(yōu)化提供了新的可能。