5.2.1 螢火蟲發光原理

2021-03-01 琳琳生物微課

同學們好,這節課我們學習的內容是「螢火蟲發光原理」。

同學們聽說過唐代詩人杜牧的《秋夕》嗎?紅燭秋光冷畫屏,輕羅小扇撲流螢。天階夜色涼如水,臥看牽牛織女星。詩中的「流螢」是螢火蟲的別名。其實,螢火蟲還有另外一些詩意的別名,如夜光、景天、夜照、宵燭、耀夜等。

螢火蟲為什麼會發光呢?

螢火蟲無論雄性還是雌性,夏秋的夜晚都會一閃一閃地發光。雄蟲比雌蟲的個體小一些,但發出的閃光卻亮一些。螢火蟲發出的閃光,主要是求偶的信號。螢火蟲有許多種,不同種類的螢火蟲會發出各自特定的閃光信號。雄蟲的每一組閃光信號是由幾個節奏組成的,每個節奏都包括閃光的次數、閃光的頻率和閃光的時間,這些都是同類雌蟲能夠識別的。如果雌蟲順利地回應了閃光信號,則雄蟲就會前來交尾,以繁衍後代。

螢火蟲的發光器位於腹部後端的下方,該處具有發光細胞。發光細胞內有螢光素和螢光素酶。螢光素接受能量後就被激活。在螢光素酶的催化作用下,激活的螢光素與氧發生化學反應,形成氧化螢光素並且發出螢光。螢光是一種冷光,其發光效率可達98%左右。

這個能量是哪種能量呢?我們首先回憶一下生物體內的能源及能源物質。

生物體內儲存能量的有機物有糖類、脂肪、蛋白質,細胞中重要的能源物質是葡萄糖,植物細胞中重要的儲能物質有澱粉,動物細胞中重要的儲能物質有糖原,生物體內良好的儲能物質是脂肪,生物體進行各項生命活動的主要能源物質是糖類,生物體進行各項生命活動的最終能源是光能。

螢火蟲發光所需的能量是由葡萄糖、脂肪直接提供的嗎?還是其他物質呢?

接下來,我們通過實驗來探究。用小刀將數十隻螢火蟲的發光器割下,乾燥後研磨成粉末,取四等份分別裝入四支試管(分別編號為A、B、C、D),各加入少量水使之混合,置於暗處, 可見試管內有淡黃色螢光出現, 約15分鐘後螢光消失,然後依次分別向每支試管中滴加2mL蒸餾水,2mL葡萄糖溶液,2mL脂肪溶液,2mLATP溶液,將各支試管置於暗處觀察發光情況。A、B、C三支試管均無螢光出現,但是D有螢光出現。這說明ATP是使螢光素轉變為激活的螢光素的直接能源物質。

這說明ATP是直接給細胞生命活動提供能量的一種物質。

這節課就講到這裡,我們下次課再見。

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