萤火虫的发光原理是什么样的？

wolf

萤火虫的发光原理是什么样的？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/590264946

长长的路

萤火虫，是陆地生物中能够进行生物发光的种类最多的生物群体之一，萤火虫的发光体系也是生物发光体系中，研究最早、最广泛的生物发光体系。


不是所有萤火虫都会发光

萤火虫的卵、幼虫、蛹会通过发光来警戒潜在天敌，但是发育到成虫后，只有一部分物种的成虫会保留发光的特性。在黄昏和夜间，一些成虫会发出黄绿色的光。在这个时期，生物发光大多被用来“求偶”。
根据科学家的研究，不同时间段发光的萤火虫，具体的发光颜色也有多不同。比如，黄昏前后发光的萤火虫物种通常会发出较黄的闪光，因为在树叶衬托的绿光背景下，黄色的亮光更容易被发现。而在夜晚发光的萤火虫物种，通常会发出绿色的光。


无“人”能及的高效光源

萤火虫的下腹部有一个专门的发光器，其中的主要物质是“萤火虫萤光素”和“萤光素酶”。在这里，萤火虫萤光素、三磷酸腺苷（ATP）、O₂ 会在萤光素酶和 Mg²⁺ 的催化下发生反应，发出黄绿色的光。
这个过程中，萤火虫可以通过调节呼吸来控制 O₂ 的供应，使光一明一暗有节奏的闪烁。


生物发光也被称作“冷光源”，在发光过程中不会产生大量的热量，反应中绝大部分能量（约95%）会以光的形式释放。萤火虫发光机制：http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20240912102716



萤火虫发光机制

萤火虫不会因为发光而被烫伤PP，因为生物发光也被称作“冷光源”，在发光过程中不会产生大量的热量，反应中绝大部分能量（约95%）会以光的形式释放。
人类目前虽然可以制造出更亮的光源，但如此高效的光源却是“望尘莫及”，就像我们使用的白炽灯，只有约 10% 的能量被转化为光，绝大部分的能量都会转化成热源被浪费掉。。

队长是我

我们熟悉的萤火虫，是一类能发萤光的小型甲虫，是鞘翅目萤科昆虫的统称，全世界约两千多种，我国约一百多种。
昆虫的身体分节（头部、胸部、腹部）。萤火虫的发光部位是腹部的发光器，主要由发光细胞和反光细胞组成。发光细胞含有特殊的物质—萤光素和萤光素酶，萤光素酶作为催化剂，催化萤光素与氧气发生化学反应，借助细胞中的能源物质ATP，发出萤光。
能量有多种形式且只能相互转换，不会凭空产生和消失。台灯发光也发热，是电能转换成光能和热能。萤火虫的发光细胞中，ATP中的化学能也转换成光能和热能，但光能转换效率远高于台灯，热能转换效率则很低，所以发出很亮的“冷光”。这种光被反光细胞反射后显得更加明亮。萤光的颜色、亮度和节奏等，取决于萤火虫的种类（基因)，也取决于细胞环境（pH、温度、氧气含量等)，还受萤火虫神经系统的控制。萤火虫被捕捉后常会停止发光，这是萤火虫神经系统对伤害刺激做出的控制。你也许只见过发光的萤火虫成虫，其实萤火虫在卵、幼虫、蛹、成虫整个生命周期都能发光—萤火虫到死光方尽。
萤火虫的光，是萤火虫世界的“灯语”，用来传递各种各样的信息，或是告诉小伙伴自己的位置，或是雄性向雌性求偶，或是驱赶敌人。
发光的动物还有许多，海洋中的夜光虫、某些水母、某些鱼，黑暗洞穴中的蕈蚊等。这些动物发光的原理都与萤火虫类似，依赖于萤光素酶和萤光素酶基因。一些科学家也用萤光素酶基因和萤光作为研究工具。

继续前进

萤火虫体内含有一种叫做荧光素的物质。荧光素是一种发光分子，当受到能量激发时就会发光，萤火虫利用荧光素的这种性质产生光亮。


具体来说，萤火虫体内有一种叫做荧光素酶的酶，它能够将氧气和荧光素反应生成光子，从而使萤火虫的屁屁发出亮光。这个过程被称为生物发光，也叫做生物荧光。荧光素和荧光素酶是萤火虫体内生物发光的核心物质。


萤火虫发光的目的是吸引异性的注意，用于繁殖和求偶。不同种类的萤火虫发光的颜色和亮度也有所不同，这是因为荧光素的结构和不同酶的种类不同，使得萤火虫发出的光呈现出不同的颜色和亮度。