從囊螢映雪到水母熒光燈：生物光源的廢柴拯救計(jì)劃

原標(biāo)題：從囊螢映雪到水母熒光燈：生物光源的廢柴拯救計(jì)劃

會(huì)發(fā)光的生物，其實(shí)是我們的老朋友了。小時(shí)候課本里學(xué)到過囊螢映雪，終極學(xué)霸車胤為了在晚上也能看書，收集起螢火蟲用作照明。后來認(rèn)識(shí)了電視里的海綿寶寶，會(huì)發(fā)光的水母是他和派大星的最愛。

不過在光源唾手可得，甚至已經(jīng)形成光污染的今天，生物光似乎完全失去了利用價(jià)值。如果真的像課本里那樣，抓一群螢火蟲放到玻璃瓶子里照亮?xí)?，怎么想都是一件效率很低事情?/p>

不過隨著有關(guān)生物光源的研究不斷深入，水母和螢火蟲正在實(shí)現(xiàn)照明以外的價(jià)值。

史上最廢柴的神跡：當(dāng)咸魚會(huì)發(fā)光

除去傳說中非常不現(xiàn)實(shí)的螢火蟲讀書燈以外，人類真正對生物光進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用可以被追溯到100年前。電燈已經(jīng)發(fā)明了幾十年，煤油燈、燭火更是普遍應(yīng)用的1920年，人們?yōu)槭裁匆褂蒙镎彰髂兀?/p>

答案是當(dāng)時(shí)在礦物勘探時(shí)，由于礦下無法應(yīng)用煤油、蠟燭等明火，探照燈也尚未被發(fā)明，于是工人們常常使用一種“魚皮燈”，借助魚皮上磷脂散發(fā)的微光來照明。

除此之外，我們幾乎沒有其他應(yīng)用生物光的經(jīng)驗(yàn)。但人類第一次發(fā)現(xiàn)生物身上的光芒，卻可以追溯到很多年以前。在歷史記載中，亞里士多德曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過魚身上會(huì)閃爍出光芒，將其稱為“神跡”。畢竟對于那時(shí)剛剛脫離鉆木取火不久的人類來說，會(huì)發(fā)光的動(dòng)物屬于一系列不可捉摸的、被神化的自然現(xiàn)象中的一部分。

到后來我們發(fā)現(xiàn)，這些“神跡”大約來自于兩種反應(yīng)。第一種是像螢火蟲那樣，身體中可以產(chǎn)生熒光素酶，第二種則是像深海魚一樣，利用身體的光蛋白底物發(fā)生氧化反應(yīng)。也就是說這些神跡都是建立在一種生物化學(xué)反應(yīng)之上，在以往我們?nèi)狈ψ匀皇澜绲陌芽貢r(shí)，當(dāng)然無法利用起這些這些化學(xué)反應(yīng)。

不管是試圖捉住螢火蟲放在袋子里，還是像海綿寶寶一樣把發(fā)光的水母放進(jìn)玻璃瓶，這些生物最終都會(huì)死去，然后變得黯淡無光。最終只能靠著皮膚上一點(diǎn)點(diǎn)殘留物質(zhì)散發(fā)微光，可是說是一種非常廢柴的神跡了。

當(dāng)生物光源成為一塊基因積木

在幾年前，EA曾經(jīng)推出過一款非?；馃岬挠螒颉舵咦印?，游戲中玩家可以對生物進(jìn)行各種模式的改造，比如創(chuàng)造出頭上長草的恐龍，或是長著眼睛的樹木。在現(xiàn)實(shí)生活中，科學(xué)家們也在不斷嘗試著生物改造，其中生物發(fā)光這個(gè)有趣的特性，就常常被拿來進(jìn)行“積木式”的改造。

例如，通過基因編輯科學(xué)家可以實(shí)現(xiàn)讓植物在黑暗中散發(fā)光芒。

英國劍橋大學(xué)通過對螢火蟲和海洋動(dòng)物的研究，制造出了一種可以植入不同類型生物體、可遺傳的基因組。而這種基因組可以被植入到植物中，讓植物中生成一種氧合蟲熒光素，和大腸桿菌結(jié)合后，植物就可以在化學(xué)反應(yīng)之下散發(fā)出光芒。也就是說，用shi給這些植物施肥，他們就可以照亮世界……

又比如，日本理化研究所開發(fā)出的單細(xì)胞生物發(fā)光成像系統(tǒng)，可以讓動(dòng)物體內(nèi)的細(xì)胞散發(fā)出更容易觀測到的光線。

將這種名為AkaBLI的物質(zhì)融入水中，讓實(shí)驗(yàn)鼠喝下去，或者直接注射到實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)，就能使實(shí)驗(yàn)鼠身體內(nèi)的某些細(xì)胞發(fā)出光芒。尤其是在肺部、大腦這些器官中，有了閃閃發(fā)亮的細(xì)胞，科學(xué)家們就可以使用一些非入侵的方式進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

至于海綿寶寶最愛的熒光水母，最近也被科學(xué)家們拿來“提取”發(fā)光物質(zhì)。

來自MIT的Costa博士已經(jīng)嘗試過，將讓水母發(fā)光的蛋白在水溶液以外也能保持穩(wěn)定。這種名為“熒光蛋白”的細(xì)菌在幾乎無水的栽培基中也能存活。于是來自水母的熒光蛋白細(xì)菌正在像鎢絲一樣，在燈泡中散射出光芒。

有生之年系列：我們真的能夠利用上超廢柴的生物光源嗎？

在《孢子》中，我們通過基因編輯改造各式各樣的生物來滿足自己做造物主的愿望?？稍谟螒蛑獾娜卧澜?，讓老鼠或植物發(fā)光這種事情不管怎么看都顯得意義不大，像是吃太飽后才會(huì)有的研究結(jié)果。但在深入了解之后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，原來生物光源這種技術(shù)，確實(shí)能填補(bǔ)不少真實(shí)應(yīng)用場景。

首先，在節(jié)約能源上生物光源就擁有很高的效率。

利用生物發(fā)光實(shí)現(xiàn)節(jié)能有兩種方式，一種是拋棄現(xiàn)有的一切照明模式，僅僅使用經(jīng)過基因編輯的發(fā)光植物來照明。研究生物發(fā)光樹的劍橋團(tuán)隊(duì)就提出，未來可以通過種植發(fā)光樹木來替代路燈，或在家中種植發(fā)光的水草來實(shí)現(xiàn)照明。這樣不僅能夠節(jié)能環(huán)保，還能夠讓那些供電條件不好的地區(qū)也享受到光明。

另一種方式是維持原有的照明方式，但將燈泡內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行更換。成功提取出水母熒光蛋白細(xì)菌的研究團(tuán)隊(duì)，就在嘗試讓這種蛋白在燈泡和玻璃夾層中保持穩(wěn)定，成為有效的光源?？茖W(xué)家們這么做的理由也很簡單，他們表示LED燈和屏幕在發(fā)光時(shí)需要一種名為釔鋁石榴石的物質(zhì)，這種物質(zhì)建立在稀土資源的開采之上，有朝一日稀土資源用完了，他們的水母蛋白就會(huì)排上用場。

而且相比普通光源，生物光源的高穩(wěn)定性也使其可控范圍更廣。

在研究中科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，可以通過生物蛋白的自我修復(fù)特性，使其在斷裂-重建的過程之中調(diào)節(jié)光譜。利用不同熒光蛋白的不同光譜特征，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)完全模擬太陽光線。這種技術(shù)對于英國、北歐這類日照條件很差的地區(qū)來說意義非凡，對太陽光線的模擬能夠減少這些地區(qū)季節(jié)情感障礙的發(fā)病率，讓人們不再因?yàn)橐姴坏疥柟舛械叫那殛幱簟?/p>

除了這些偏向于大眾的用途之外，生物光源技術(shù)還可以被用作細(xì)胞染色，方便科學(xué)研究時(shí)進(jìn)行觀察，甚至有人還提出利用這種技術(shù)對皮膚染色，制成發(fā)光文身甚至干脆進(jìn)行人體改造……總之利用起更生物光源距離我們并不遙遠(yuǎn)。

其實(shí)自然與科技之間從來都不曾對立，他們只是兩個(gè)平行世界，對于世間萬物有著各自的答案。只要一座小小的橋梁，就能打通蟲洞，同時(shí)獲取兩個(gè)世界的能量。

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