NO是萤火虫发光的“燃油”

中国科学院上海生命科学研究院生物信息中心

http://www.biosino.org/mz/19/01070605.htm

    夏日夜晚，萤火虫以光作为它们的爱语：雄性通过精心设计的闪光来向雌性求爱，而雌性也相应地回应着。而在这很罗曼蒂克的交流中，正是一种简单的气态分子——NO发挥了作用。神经生物学家在最近一期的“科学”杂志上描述了这一事实。很久以来科学家就知道在萤火虫的腹部装着一个灯笼，它是由一种特殊的细胞——光细胞组成。光细胞里面充满了一种叫做虫荧光素的蛋白，当这种蛋白被一种叫荧光素酶的物质激活以后，虫荧光素就会和氧反应而发光。一种叫章鱼胺的神经信号控制了闪光形式，它使每个种类之间的发光互相有所区别。但是信号是怎样传导的一直还不清楚，因为神经末梢并不直接接触光细胞。

    在马萨诸塞州Medford的Tufts大学的Barry Trimmer怀疑是否是NO参与了这一过程，因为NO已经被知道在许多信号过程中发挥作用。的确，他的研究小组发现了可以产生NO的

NO合成酶，而且这种酶在萤火虫的灯笼里既是存在的也是有活性的。为了证实它真的卷入了发光事件，他们将萤火虫装入一个NO浓度提高的密闭容器中。在高浓度的NO中，这种气体使得那些昆虫们不停地发光。然而研究者们还是不知道，是NO正在灯笼里发挥作用还是它仅是简单地影响着神经而刺激了发光。为了查出“真相”，研究者将萤火虫的神经去除。结果发现当加入NO时，留下的单个灯笼仍能发光；但是当加入另一种化学物质时——它能在NO产生的同时就将其吸收，这时即使再加入信号化合物，发光也是停止的。Trimmer解释说：“这意味着NO是一种媒介物”。

    Trimmer说，“神经可能刺激NO的产生，它再散播到光细胞中，在那里它关闭了线粒体中氧的吸收，最终导致氧被积累而引起发光。当然，关闭NO反应，线粒体就又会吸收氧，那么灯笼就暗了”。Trimmer还说，这就是灯笼工作的原理。但是对于Gerd Bicker——德国兽医学Hannover学院的NO专家来说，这个工作是令人信服的。他说：“我很高兴，NO看起来还参与了细胞内通讯的这么具有艺术性的方面。”

相关站点：

Web pages about the discovery at Tufts（http://ase.tufts.edu/biology/firefly）

The Bioluminescence Web Page （http://lifesci.ucsb.edu/~biolum）

Firefly fact sheet from Ohio State University（http://ohioline.ag.ohio-state.edu/hyg-fact/2000/2125.html）

萤火虫为何会发光？

http://wf66.com/xp/PrintPost.asp?ThreadID=59628

     解答专家：马克·A·布兰汉（Marc A. Branham），美国佛罗里达州立大学昆虫与线虫系助理教授

    萤火虫体内的化学反应使它们能够发光，也就是所谓生物体发光的过程。在有荧光素酶参与的情况下，细胞内的氧与钙、储能分子三磷酸腺苷（ATP）以及荧光素结合，萤火虫就能发光。灯发光时会产生大量的热，但萤火虫不会，它发出的是“冷光”。因为如果它的发光器官也像灯泡那样热，这种昆虫在发光过程中就无法存活。

    有氧可用时，发光器官就发挥作用；无氧可用时，发光区域就变暗。发光器官就是这样通过控制氧来操纵发光的起始和终止。昆虫没有肺，它们通过被称为微气管的一系列复杂的逐次变细的管道，把氧气从体外输送到体内细胞。控制微气管中氧流出量的肌肉工作得相对较慢，因此，为何萤火虫发光如此之快一直是个谜。

    然而最近，研究人员发现，氧化氮在这个问题上发挥了重要的作用。氧是线粒体用来为细胞产生能量的，细胞内的线粒体将所有可用的氧都固定下来。为了诱使线粒体释放氧，萤火虫的大脑会发出生产氧化氮的信号，而氧化氮能取代线粒体中氧的位置。然后，运动到发光器官中的氧就可以在发光的化学反应中使用。但是，由于氧化氮分解迅速，线粒体中的氧很快被重新束缚住，发光也即告结束。

     萤火虫发光的原因很多。它们体内能产生防御性类固醇，它们发出的光脉冲会让食虫动物觉得它们不好吃；许多成年萤火虫以其同类特有的模式闪光，从而能够区别异性成员。若干研究表明，雌性萤火虫依据雄性同类的具体闪光模式特征来选择配偶。目前已经证明，在两个种类的萤火虫中闪光速度较快及闪光强度较高的雄性萤火虫对雌性较有吸引力。（译/徐彬）

本文选自《环球科学》2006年创刊号