会发光的生物,其实是我们的老朋友了。小时候课本里学到过囊萤映雪,终极学霸车胤为了在晚上也能看书,收集起萤火虫用作照明。后来认识了电视里的海绵宝宝,会发光的水母是他和派大星的最爱。
不过在光源唾手可得,甚至已经形成光污染的今天,生物光似乎完全失去了利用价值。如果真的像课本里那样,抓一群萤火虫放到玻璃瓶子里照亮书本,怎么想都是一件效率很低事情。
不过随着有关生物光源的研究不断深入,水母和萤火虫正在实现照明以外的价值。
史上最废柴的神迹:当咸鱼会发光
除去传说中非常不现实的萤火虫读书灯以外,人类真正对生物光进行大规模应用可以被追溯到100年前。电灯已经发明了几十年,煤油灯、烛火更是普遍应用的1920年,人们为什么要使用生物照明呢?
答案是当时在矿物勘探时,由于矿下无法应用煤油、蜡烛等明火,探照灯也尚未被发明,于是工人们常常使用一种“鱼皮灯”,借助鱼皮上磷脂散发的微光来照明。
除此之外,我们几乎没有其他应用生物光的经验。但人类第一次发现生物身上的光芒,却可以追溯到很多年以前。在历史记载中,亚里士多德曾经发现过鱼身上会闪烁出光芒,将其称为“神迹”。毕竟对于那时刚刚脱离钻木取火不久的人类来说,会发光的动物属于一系列不可捉摸的、被神化的自然现象中的一部分。
到后来我们发现,这些“神迹”大约来自于两种反应。第一种是像萤火虫那样,身体中可以产生荧光素酶,第二种则是像深海鱼一样,利用身体的光蛋白底物发生氧化反应。也就是说这些神迹都是建立在一种生物化学反应之上,在以往我们缺乏对自然世界的把控时,当然无法利用起这些这些化学反应。
不管是试图捉住萤火虫放在袋子里,还是像海绵宝宝一样把发光的水母放进玻璃瓶,这些生物最终都会死去,然后变得黯淡无光。最终只能靠着皮肤上一点点残留物质散发微光,可是说是一种非常废柴的神迹了。
当生物光源成为一块基因积木
在几年前,EA曾经推出过一款非常火热的游戏《孢子》,游戏中玩家可以对生物进行各种模式的改造,比如创造出头上长草的恐龙,或是长着眼睛的树木。在现实生活中,科学家们也在不断尝试着生物改造,其中生物发光这个有趣的特性,就常常被拿来进行“积木式”的改造。
例如,通过基因编辑科学家可以实现让植物在黑暗中散发光芒。
英国剑桥大学通过对萤火虫和海洋动物的研究,制造出了一种可以植入不同类型生物体、可遗传的基因组。而这种基因组可以被植入到植物中,让植物中生成一种氧合虫荧光素,和大肠杆菌结合后,植物就可以在化学反应之下散发出光芒。也就是说,用shi给这些植物施肥,他们就可以照亮世界……
又比如,日本理化研究所开发出的单细胞生物发光成像系统,可以让动物体内的细胞散发出更容易观测到的光线。
将这种名为AkaBLI的物质融入水中,让实验鼠喝下去,或者直接注射到实验鼠体内,就能使实验鼠身体内的某些细胞发出光芒。尤其是在肺部、大脑这些器官中,有了闪闪发亮的细胞,科学家们就可以使用一些非入侵的方式进行动物实验。
至于海绵宝宝最爱的荧光水母,最近也被科学家们拿来“提取”发光物质。
来自MIT的Costa博士已经尝试过,将让水母发光的蛋白在水溶液以外也能保持稳定。这种名为“荧光蛋白”的细菌在几乎无水的栽培基中也能存活。于是来自水母的荧光蛋白细菌正在像钨丝一样,在灯泡中散射出光芒。
有生之年系列:我们真的能够利用上超废柴的生物光源吗?
在《孢子》中,我们通过基因编辑改造各式各样的生物来满足自己做造物主的愿望。可在游戏之外的三次元世界,让老鼠或植物发光这种事情不管怎么看都显得意义不大,像是吃太饱后才会有的研究结果。但在深入了解之后,我们会发现,原来生物光源这种技术,确实能填补不少真实应用场景。
首先,在节约能源上生物光源就拥有很高的效率。
利用生物发光实现节能有两种方式,一种是抛弃现有的一切照明模式,仅仅使用经过基因编辑的发光植物来照明。研究生物发光树的剑桥团队就提出,未来可以通过种植发光树木来替代路灯,或在家中种植发光的水草来实现照明。这样不仅能够节能环保,还能够让那些供电条件不好的地区也享受到光明。
另一种方式是维持原有的照明方式,但将灯泡内的物质进行更换。成功提取出水母荧光蛋白细菌的研究团队,就在尝试让这种蛋白在灯泡和玻璃夹层中保持稳定,成为有效的光源。科学家们这么做的理由也很简单,他们表示LED灯和屏幕在发光时需要一种名为钇铝石榴石的物质,这种物质建立在稀土资源的开采之上,有朝一日稀土资源用完了,他们的水母蛋白就会排上用场。
而且相比普通光源,生物光源的高稳定性也使其可控范围更广。
在研究中科学家们发现,可以通过生物蛋白的自我修复特性,使其在断裂-重建的过程之中调节光谱。利用不同荧光蛋白的不同光谱特征,甚至能够实现完全模拟太阳光线。这种技术对于英国、北欧这类日照条件很差的地区来说意义非凡,对太阳光线的模拟能够减少这些地区季节情感障碍的发病率,让人们不再因为见不到阳光而感到心情阴郁。
除了这些偏向于大众的用途之外,生物光源技术还可以被用作细胞染色,方便科学研究时进行观察,甚至有人还提出利用这种技术对皮肤染色,制成发光文身甚至干脆进行人体改造……总之利用起更生物光源距离我们并不遥远。
其实自然与科技之间从来都不曾对立,他们只是两个平行世界,对于世间万物有着各自的答案。只要一座小小的桥梁,就能打通虫洞,同时获取两个世界的能量。