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探索地球上70.8%的海洋世界
本期作者
王嫣語
廈門大學2020級本科生，海洋科學專業
近期，整個廈門被“藍眼淚”刷屏，廈門當地筼筜湖和環島路都出現了會發光的熒光之海！當你走在黑夜的海岸，閃爍著藍色熒光的海浪涌來，這堪比童話的場景，卻是真實存在于現實世界中的。
驚現廈門的藍眼淚（來源：微博）
其實，這些藍色熒光是由一些會發光的海洋生物形成的，事實上，不僅僅是在近海岸，深海中也有許許多多會發光的生物，在深夜里，它們讓黑暗又寂靜的海洋變得生機勃勃。
“藍眼淚”與Milky seas
很早以前，沿海的漁民們就目睹過散發著藍色熒光的海浪，它被他們稱作“海火”，而現在，更多的人稱呼它為“藍眼淚”。
除了“藍眼淚”之外，海面發光的現象還有“乳白色海洋”現象。我們知道，英文里，銀河稱作The milky way，而“乳白色海洋”，在英文里被稱作Milky seas，大家是不是立刻就有畫面感了呢？1995年，見證過它的船只利馬號曾經這樣報道Milky seas,“仿佛船只航行在一片雪上，又仿佛在云中穿行”。
深海中的發光者
除了海岸的浪潮之外，在光線無法穿透的深海里，也有許許多多會發光的生物。許多甲殼類、海星、藻類、水母甚至是魚類都有會發光的本領，小到直徑只有幾毫米的夜光藻，大到體長有一米以上的鎧鯊。而使它們能夠發光的原因多種多樣，許多物種的發光機理至今仍是未解之謎。
夜光藻（來源：維基百科）
近期新西蘭研究人員發現鎧鯊能夠發光
（來源：《海洋科學前線》周刊）
總之，不論是創造出“藍眼淚”的生物，還是深海中會發光的生物，它們共同使得整個海洋變得更加豐富多彩。而接下來，我們將一起探索它們的發光密碼。
點亮“冷光”
第一步：燈絲
大多數會發光的生物都生活在海洋里，而淡水中幾乎沒有會發光的生物。同時，生物們所發出的熒光是一種“冷光”，這種光中只有不到20%的光會產生熱輻射和熱量。簡單來說，當這種生物熒光照射到我們身上時，我們不會感覺到像太陽光那樣暖洋洋的。
如果說生物發光就像點亮一個燈泡的過程，那么它所需要的化學物質就像是這個燈泡的燈絲。那么，點亮“冷光”所需要的燈絲是什么呢？
發出“冷光”的雪茄達摩鯊（來源：[4]）
從化學的角度來說，海洋生物能夠發光主要依托于兩種獨特的化學物質，即熒光素和熒光素酶（或是光蛋白）。有趣的是，海洋生物中能夠產生熒光的不同物種們彼此發光原理各有差異，但這是否與物種的進化有關，還屬于人類研究的未知范疇。盡管人們已經初步揭開了海洋生物發光的面紗，但海洋生物合成熒光素的完整合成途徑仍不為人所知，因而熒光素的起源至今還未能破解。
熒光素/熒光素酶發光原理（來源：[11]）
同時，生物使自己發光的途徑也各不相同。有些生物通過自己產生熒光素來發光，比如說發光生物甲藻；而有些生物本身并不能合成熒光素，但卻可以通過吃掉其他的生物或者與它們共生來吸收熒光素，比如說魷魚，它們的光器官中的與它們共生的發光細菌能讓它們發光。
與發光細菌共生的夏威夷短尾魷魚（來源：水下攝影師托德?布瑞特(Todd Bretl)拍攝的一組短尾魷魚）
第二步：開關
我們把能夠讓生物發光的化學物質比作是一個燈泡中的燈絲；那么促使生物最終發光的生物行為或是生態條件就相當于點亮燈泡的開關。前面我們已經介紹了點亮“冷光”的化學物質，那么能夠作為開關的生物行為和生態條件又有哪些呢？
一般我們可以把它大致分為兩種：一種是生物自發性地發光；另一種是生物受到環境的影響而發光。
在海洋中，生物們出于捕食、尋找配偶、防御甚至是識別同類的本能，它們會自發性地放出熒光。下面來給大家舉幾個有趣的小例子吧。
長相丑陋的鮟鱇魚其實擁有著一個非常小巧漂亮的“小燈籠”，我們也叫它擬餌。看到這個“小燈籠”的名字，想必大家已經猜到了它的作用。帶著“小燈籠”的鮟鱇魚，常常能夠引誘到一些弱小的生物們，這些生物們雖然看到了鮟鱇魚頭頂的微光，卻沒看到下方的兇險，于是就這樣成為了鮟鱇魚的腹中之食。
慘入鮟鱇魚之口的魷魚（來源：[4]）
同時，我們常常認為烏賊們噴出的是黑色的汁液，它們能夠讓捕食者困在黑暗中。但是生活在深海的許多烏賊噴出的并不是黑色的汁液。例如吸血烏賊，它噴出的其實是發光的粘液，并以此迷惑捕食者，給自己爭取逃脫的時間。還有海蛇尾，它們也能夠發光，并且當遭遇捕食者時，它們能夠分離身體的一些發光部位來分散捕食者的注意力。
會發光的海蛇尾（來源：[6]）
另外，不少生物們也利用發光來在海洋中隱蔽自己。一些生物則通過發光，讓自身與環境的顏色融為一體，以此達到偽裝的效果，這種行為我們可以稱之為“反照明”（counterillumination），也有人稱它為“發光消影”。
刀鯊能夠通過發光讓獵物和掠食者以為它是只小魚
（圖片來源：[7]）
對于鯊魚來說，它們還能通過發光來識別同類。它們通過吸收高能階的藍光，經過轉換后再以綠光反射出去，這種光通常人的肉眼是看不到的，必須仰賴儀器才能觀察得到，但對于鯊魚們來說，這種光只有同種鯊魚可以彼此看見，是識別同類相當有效的“二維碼”。
鯊魚不同位置的熒光擁有不同的作用（原圖來源：[12]）
當然，海洋中的生物們還有很多適應環境的發光現象。例如大多數海洋生物只能辨識藍綠色的光，它們無法識別黃色、紅色或者紫色。又例如，櫛水母的保護光可以使它被半透明捕食者吞食后，讓這些捕食者發出光芒，使它們暴露在更高級的捕食者中，這種保護光也被稱為“犧牲標簽”。
發出虹光的櫛水母（來源：百度百科）
總結來說，上述的生物自發性的發光行為，可以用下面這張圖簡略地概括。
原圖片來源：[8]
除了生物自發性地發光，一些生物在受到刺激后，也會發出熒光。
比如說鹽度的下降，可以迫使一些能夠發光的藻類發光。當它們發光時，在黑暗的海洋里就像是粉紅色或者是綠色的光點，這種發光現象我們也叫做火花型發光。
另外一種我們稱為閃光型發光，是由水母等一些大型動物受到刺激后發光的現象。
維多利亞多管發光水母（來源：[9]）
而我們最開始提到的Milky seas, 是一種海洋會發出連續的光的現象，我們也叫它彌漫型發光。科學家們認為，這很可能是由于海洋表面的發光細菌造成的。當然，這種現象形成的條件非常苛刻，必須有數百萬的細菌存在的同時，其他條件也要非常適宜。同時，Milky seas還能夠被衛星觀測到，這張照片中的藍發光斑有將近300km長，覆蓋面積有夏威夷群島那么大！
衛星照片中的Milky seas（來源：[10]）
近在咫尺的發光海洋
從我們人類角度來說，會發光的海洋生物給我們帶來最直觀的影響當然是視覺上的盛宴。海火的夢幻景象仿佛童話親臨人間，每當它們出現，就會迅速登上新聞，吸引人們的視線——星辰墜海，不再是文字，而是實實在在的浪漫。而離我們時間和空間上距離最近的一次，就是近期出現在廈門的筼筜湖和音樂廣場的“藍眼淚”。
廈門網友鏡頭下的“藍眼淚”（圖片來源：維基百科）
但另一方面，想要產生“藍眼淚”的條件可能是非常苛刻的，同Milky seas類似，它需要發光生物的濃度相當高，并伴隨一些例如海水翻涌等條件，而這同時也給我們帶來了生態環境上的隱患。一些說法認為，“藍眼淚”的出現很可能意味著海水中一些營養因子含量上升，使得發光生物的數量大量上升，換句話來說，這可能是赤潮發生的先兆。
而對于學術研究來說，發光的海洋生物們也指引著科學家們在研究生物發光領域中不斷摸索前進，正如《了不起的蓋茨比》中蓋茨比所信奉的那盞綠燈般不停地閃爍著，牽引著科學家們逆水行舟，行至魂縈夢繞之所。科學家們在研究發光水母時，他們奇跡般地發現了另一種物質，而它就是學術界今天所熟知的綠色熒光蛋白（GFP）。
綠色熒光蛋白（來源：百度百科）
或許你還記得，生物課本中那只會發光的綠色熒光小鼠就是綠色熒光蛋白基因導入的產物。綠色熒光蛋白在學術界中的應用是如此之廣，以至于2008年的諾貝爾化學獎評獎委員會成員在評價它時，他們親切地稱它“照亮了生物學研究的未來”。
你相信嗎？北歐神話中有一個古老的傳說，它說人的一生只要看到一道綠光，那么他許下的愿望都會實現。很多人會想，那一定是極光。但我想，相對于天空，海洋中生物發出的微光，又何嘗不是我們人生中所期待的那道綠光呢？
參考文獻
[1]https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/bioluminescence/
[2]http://blog.sciencenet.cn/blog-3500-620374.html
[3]http://www.ngchina.com.cn/animals/facts/10045.html
[4]https://post.smzdm.com/p/ag87r6x3/
[5]https://www.bbcearth.com/blog/?article=the-mystery-of-the-milky-sea
[6]https://m.sohu.com/a/150202679_473428/?pvid=000115_3w_a
[7]https://edu.glogster.com/glog/2016-lyndon-m-la-7-cookie-cutter-shark/2jvg4tp6s9t?=glogpedia-source
[8]www.annualreviews.org
[9]http://coldwater.science/project
[10]https://seahistory.org/sea-history-for-kids/milky-seas/
[11]https://m.sohu.com/a/333336548_120229188/?pvid=000115_3w_a
[12]：https://sharkdevocean.wordpress.com/2017/05/04/meet-the-deep-sea-shark-that-uses-lightsabers-for-protection/
撰文：王嫣語
科學指導：林昕、羅昊、馬小丫、張樹峰
責編：70.8海洋媒體實驗室 甘少敏
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