歌曲《蟲兒飛》中“黑黑的天空低垂,亮亮的繁星相隨,蟲兒飛蟲兒飛,你在思念誰……”其中的蟲兒指的就是螢火蟲。在夏夜的草地上,飛舞的螢火蟲隨處可見。
螢火蟲具有專門的發(fā)光細(xì)胞,發(fā)光細(xì)胞中的化學(xué)物質(zhì)分為兩類,一類是熒光素(螢火蟲中的稱為螢火蟲熒光素),另一類則是熒光素酶。在熒光素酶的催化下,熒光素可以消耗三磷酸腺苷(ATP)并與氧氣發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)中產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的氧化熒光素,當(dāng)氧化熒光素從激發(fā)態(tài)恢復(fù)到基態(tài)時(shí)會(huì)釋放出光子。反應(yīng)中釋放的能量差不多全部以光的形式釋放,以熱的形式釋放的能量只占極少部分,反應(yīng)效率達(dá)到95%,通過這樣的作用螢火蟲能發(fā)出光芒。由于大部分的能量都轉(zhuǎn)化為光能,只有很少一部分轉(zhuǎn)化為熱能,因此這樣的光被稱為冷光。因?yàn)榘l(fā)光質(zhì)與光能的轉(zhuǎn)換效率很高,所以螢火蟲的發(fā)光時(shí)間可以持續(xù)很長。對(duì)于是否進(jìn)行這樣的作用,螢火蟲本身可以自主控制,從而達(dá)到控制發(fā)光的目的。到目前為止,人類還沒有制造出如此高效的光源。
關(guān)于螢火蟲如何控制發(fā)光細(xì)胞的“開關(guān)”,目前有多種理論,但至今還未搞清確切的控制機(jī)理。氧氣控制理論認(rèn)為,螢火蟲發(fā)光和不發(fā)光的切換是通過控制發(fā)光細(xì)胞的氧氣供給來實(shí)現(xiàn)的。神經(jīng)激活理論則假設(shè)螢火蟲有一個(gè)叫作微氣管末梢細(xì)胞的神經(jīng)控制結(jié)構(gòu),這個(gè)結(jié)構(gòu)在刺激下能在發(fā)光細(xì)胞中釋放出神經(jīng)信使分子,這個(gè)分子可以啟動(dòng)化學(xué)反應(yīng),使之激活。
還有一種理論認(rèn)為,螢火蟲分泌一種叫章魚胺的神經(jīng)遞質(zhì),從神經(jīng)傳導(dǎo)到微氣管末梢細(xì)胞,一氧化氮合酶(NOS)被激發(fā),產(chǎn)生一氧化氮和細(xì)胞色素C氧化酶。而這兩種物質(zhì)使發(fā)光細(xì)胞的線粒體的氧氣使用受到抑制,從面使過氧化物酶能利用到氧氣,并使平時(shí)通過線粒體的氧化磷酸化累積的熒光素﹣腺苷酸氧化產(chǎn)生發(fā)光反應(yīng),發(fā)出光線。然后,在光的作用下,環(huán)氧化酶中釋出一氧化氮,于是停止發(fā)光。因此,螢火蟲一直按照固有頻率和持續(xù)時(shí)間重復(fù)發(fā)光。
尋找配偶是螢火蟲發(fā)光的目的。雄螢火蟲飛翔在空中,而雌螢火蟲則躲在草叢中,當(dāng)她看到同種雄螢火蟲發(fā)出的信號(hào)后,就會(huì)發(fā)光回應(yīng)。雙方一來一往地用光聯(lián)系,當(dāng)雄螢火蟲確定了雌螢火蟲的位置后,就會(huì)飛到她的身邊開始交配。
全世界大約有兩千種螢火蟲,北美的螢火蟲大部分屬于兩個(gè)屬:體型較小、發(fā)黃光的是否提那斯屬,體型較大;發(fā)綠光的期是否丟瑞斯屬。螢火蟲的種類不同,發(fā)光模式也不同,光的顏色,持續(xù)時(shí)間、發(fā)光間隔,閃爍次數(shù),飛行高度等也都存在差異。同一屬的螢火蟲往往長得很像,發(fā)光模式是區(qū)分它們的重要特征。利用獨(dú)特的發(fā)光密碼,同種雌雄能相互識(shí)別,從而可以有效避免有害雜交的出現(xiàn),這種現(xiàn)象被進(jìn)化生物學(xué)稱為“生殖隔離”機(jī)制。
北美最普遍的一種螢火蟲屬于黃光螢火蟲,俗稱“北斗”。它能發(fā)出黃綠色熒光。雄蟲靠近地面飛行,每隔六秒鐘發(fā)出一次閃光,持續(xù)時(shí)間約半秒,發(fā)光的同時(shí)會(huì)向上飛行,形成一個(gè)“J”形軌跡。地面上的雌蟲看到后,會(huì)在大約兩秒鐘后再發(fā)出一次閃光來響應(yīng),持續(xù)時(shí)間約半秒鐘。而其他種的螢火蟲的發(fā)光模式有所不同:有的每隔兩三秒鐘發(fā)一次光,持續(xù)時(shí)間長達(dá)兩至三秒;有的每隔三四秒鐘快速地閃爍三次;有的發(fā)光模式與莫爾斯電碼中的“點(diǎn)一畫”類似,先快速閃一次,再來一次長時(shí)間的……
如果你能讀懂發(fā)光密碼,那么就可以判斷出飛舞在你眼前的螢火蟲屬于哪個(gè)屬。而且,假如你用小手電筒對(duì)某種雄蟲的發(fā)光密碼進(jìn)行模擬,甚至可以吸引那個(gè)種的雌蟲來響應(yīng)你。
通常情況下,采用網(wǎng)兜法或瓶捕法既可以捉捕螢火蟲,又可以不傷害到它。
所謂網(wǎng)兜法,指的是用紗布網(wǎng)兜對(duì)夜間飛翔在低空的螢火蟲進(jìn)行兜捕。螢火蟲飛行速度較慢,飛行的高度很低,而且不時(shí)會(huì)發(fā)出亮光,將飛行軌跡暴露得十分明顯,因此很容易被發(fā)現(xiàn)和捕捉,用網(wǎng)一掃就可以輕易捕到。即使有時(shí)沒有捕到,但由于螢火蟲受到兜網(wǎng)的突然碰撞后會(huì)掉落在地上,因而也很容易被捉住。如果螢火蟲停息在草叢中或樹枝上,可輕輕靠近后用瓶口較大的玻璃瓶對(duì)準(zhǔn)它,將其輕輕抹入瓶中。當(dāng)它在不高處停息時(shí),也可以直接用手去捕捉。需要注意的是,螢火蟲身體嬌弱,捕捉時(shí)出手一定要輕一點(diǎn),要不然會(huì)把它捏傷。
天黑時(shí)螢火蟲才開始發(fā)光。尋找螢火蟲用電筒照路比較好,應(yīng)避免直照草堆。因?yàn)槭茈娡舱丈鋾r(shí),螢火蟲可能短時(shí)間停止發(fā)光,這樣反而不容易找到它們。
我國古代流傳著“囊螢夜讀”的典故,說的是晉朝時(shí)期,家貧學(xué)子車胤為了省下點(diǎn)燈的油錢,一到夏天就捕提許多螢火蟲裝在多孔的囊內(nèi),利用螢火蟲發(fā)的光來看書。勤奮好學(xué)的車胤最后官拜吏部尚書。