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萤火虫发光的原理揭秘:它们如何在夜里照亮前行?


文章编号:18589 / 更新时间:2024-03-05 14:25:49 / 浏览:

黑暗的夜空低垂,明亮的星星随之闪耀,小虫翩翩飞,小虫翩翩飞,你在思念着谁?熟悉的歌声响起,我不禁回想起了故的萤火虫。

萤火虫发光的原理揭秘它们如何在夜里照亮前行

小时候在乡村,我们总会发现很多提着小灯笼的小精灵,隐藏在夜晚的丛林中,用微弱但温暖的光芒装点着周围的美景,这就仲夏夜的精灵——萤火虫。

字典上这样形容这些小精灵:一种能够发光的昆虫,呈黄褐色,尾部配有发光器。

萤火虫尾部的光器中含有数以千计的发光细胞,这些细胞里含有两种化学物质:一种称为荧光素,是一种有机化合物;另一种称为荧光素酶,即催化剂。

荧光素在荧光素酶的催化下能够与空气中的氧气发生反应,将这一化学反应中的化学能转化为光能,从而发出荧光。

萤火的光并不持久,忽明忽灭,这是因为萤火虫的气管输送的氧气量并不稳定,氧气充足时,反应激烈,光亮强;氧气不足时,反应缓慢,光线,甚至熄灭。

在巴西有一种能够发出强光的萤火虫,只需捕捉三五只,即可照亮一张报纸;当地居民在树林中漫步,即使没有手电只需要跟随成群飞舞的萤火虫,也能看清林中小径。

墨西哥有一种巨大的萤火虫,它们胸部和腹部各有两个发光器,可以交替或同时出绿色和黄色光芒,华丽而迷人,当地女性喜欢在头发间点缀它们,作为晚间舞会的装饰品。

难道萤火虫发光只是为了为人类的生增添色彩吗?当然是否定的。

科学研究发现,萤火虫发光有两个目的:一是为了求偶。不同种类的萤火虫由于发光形式不同,绝大多种类,只有雄虫具有发光器,而雌虫并无或发光器不发达。雄虫通过发光吸引异性,雌雄互相追逐,寻找合适的伴侣

北美洲有一种萤火虫,每5.8秒闪烁一次,隐藏在草丛中的雌虫以每2.1秒一次频率的闪烁做出回应。尽管雌雄间的发光没有颜色区别,但雄萤火虫凭闪烁频率的不同,能够准确识别雌虫,闪烁着飞去交配。

其二是为了警示。科学家发现,误食萤火虫成虫的蜥蜴会死亡,证明成虫能帮助找到伴侣,还能警示其他生物。

人类利用萤火虫的发光行为带来了许多便利。例如,在中国台湾、海南等地,有一种叫做牛萤火虫,体型如蚕蛾,光亮程度堪比电灯,当地农民捕捉后将其装入玻璃瓶中,放置在稻田中,用于引诱、消灭稻螟等害虫。

萤火要栖息在隐蔽度高、植物茂盛、湿度相对较高的地方,特别是湖边、河边茂密草丛最为常见。

虽然萤火虫并不对栖息环境要求苛,但随着人类活动的频繁,城市郊区因热岛效应而导致夏季气温过于闷热,这对萤火虫并不适合,大部分地区已很少见到萤火虫的踪迹。

化学农药的大量使用也是导致萤火虫数量急剧减少的主要原因,不仅对萤火虫的卵、幼虫、成虫造成全方位伤害,还严重影响了萤火虫的物链。

萤火虫的消失预示着人类居住环境的不断恶化,保护萤火虫的根本在于保护其栖息地,只有保护好栖息地,萤火虫才能绚丽舞,生态环境才能实现可持续发展。


萤火虫是怎么发光的??

大千世界无奇不有,生物更是千奇百怪,动物、植物都有不少会发光的,其中比较常见的就是萤火虫,每到夏季的夜晚,它们就会在丛林或田间一闪一闪,就像一个个小天使,引起人们无限遐想。

今天,我们就来了解一下这种小动物的发光的原理吧。

一、萤火虫发光的原理

如果我们把它们捉来放在小玻璃瓶里,就可仔细观察它们发光的特点。原来它们发光的部分是在腹部最后两节,这两节在白天是灰白色,在黑夜才能发出光亮。光是通过透明的表皮而发出的,表皮下面是一些能发光的细胞,发光细胞的下面是另一些能反射光线的细胞,可以看到其中充满着小颗粒,称为线粒体。线粒体能把身体里所吸收的养分氧化,合成某种含有能量的物质。发光细胞里含有很多线粒体,说明它们能制造比较多的含有能量的物质。

发光细胞还含有两种特别的成分:一种叫做荧光素,一种叫做荧光酶。荧光素和含能量的物质结合,在有氧气时,受荧光酶的催化作用,使化学能转化为光能,于是产生光亮。萤火虫常常一闪一闪地发光,是因为它能控制对发光细胞的氧气供应的缘故。

萤火虫发光的目的,除了要照明之外,还有求偶、警戒、诱捕等用途。这也是它们的一种沟通的工具,不同种类的萤火虫的发光方式、发光频率及颜色也会不同。

二、萤火虫发光的颜色一样吗?

萤火虫的光有的黄绿,有的橙红,亮度也各不相同。萤火虫发光的颜色不同,是由于它们所含的荧光素和荧光酶各不相同。萤火虫的发光有引诱异性和使同类聚集的作用,我们可以看到捉在小玻璃瓶里的萤火虫可引诱在较远处的萤火虫向小瓶飞来。有趣的是,萤火虫不但成虫能够发光,它的卵、幼虫和蛹也都能发光呢。

三、萤火虫发出的光是热的吗?

萤火虫发光时,只有2%~10%的能量 会转为热能。因此当萤火虫停在 手心时,人们并不会感觉热。这 种光被称为“冷光”,所以它也不会烫着自己啦!

在动植物世界,还有许多发光生物,如海洋中有一种深海鮟鱇鱼,头上就有一个会发光的“小灯笼”;一种“月亮鱼”也会发光,有些水母也会发光;还有一些会发光的植物,如“灯草”、“鬼树”等等。

这些动物植物会发光,有的就和萤火虫一样,身体构造存在荧光素和光素酶,有的则是身体中具有某种特殊蛋白。如在发光水母的体内就有一种叫埃奎林的蛋白质,在与钙离子结合时就会放出亮光。大自然经过几十亿年的鬼斧神工,将动植物雕琢得极其精细完美,其中的机制无比复杂。人类科技发展到今天,对大自然的模仿还不及其万一。

现代发展起来一门很重要的学科叫仿生学,就是通过弄清动植物界的各种机理,制造出更精美的工具或食物。通过学习弄清萤火虫等动植物的发光机制,未来的光能技术也将越来越高级。

萤火虫是怎么发光的?

在夏季的夜晚,我们经常能看到萤火虫在草丛一闪一闪,像是提着灯笼的小精灵,相信大家都好奇过它为什么会发光。下面来介绍一下萤火虫发光的秘密~

1、萤火虫发光的原理

萤火虫的发光原理是因为在其发光器的部位,存在著一种含磷的发光质与一种催化酵素。萤火虫在发光器上会有一些气孔,由气孔引入空气后,发光质就会透过酵素的催化与氧进行氧化作用。然后透过这样的机制来发出光。

而这样发出来的光,由于大部份的能量都转为光能,只有少部份化为热能,所以称之为冷光。也就因为发光质与光能的转换相当有效率,所以萤火虫可以发光相当长的一段时间。而萤火虫本身也可以控制进不进行这样的作用来控制发不发光。

2、萤火虫发光器的构造

萤火虫的发光器由数层细胞组成。它在萤火虫肚子末端的下边,是由发光细胞、反射层细胞、神经和表皮组成的。在发光细胞里边,有一种含有光鳞的荧光素,这种物质可不简单,它经过一连串复杂的反应之后,能释放出一种能量,这种能量大部分会转化成光能,于是萤火虫就会发光了。而反射层就像一个灯罩,把遇到的光集中起来,再反射出去。

3、萤火虫发光的作用

萤火虫发出的光是一种沟通工具,不同种类萤火虫的发光方式、发光频率及颜色也会不同,它们藉此来传达不同的讯息。

●求偶萤火虫发光是由于雌雄之间相互吸引追逐,以此发出求爱的信号。

●警戒萤火虫发光的原因是为了吓唬敌人,当萤火虫受到外界的危险时,就会发出荧光。比如萤火虫幼虫和蛹的发光。

●诱捕萤火虫是肉食性,它们捕食蜗牛、蛞蝓等软体动物和蚯蚓等环节动物,获得猎物后,用上颚将分泌液注入猎物体内,进行体外消化,然后再吸入体内。通常一只蜗牛会有许多只萤火虫来分享。卵、幼虫、蛹和成虫都能发光,成虫的发光有引诱异性的作用。

4、萤火虫的生活习性

萤火虫依其生活环境区分为陆栖和水栖两个大类,前者占大多数。陆栖萤火虫幼虫多栖于遮蔽度高,草本植被茂盛,相对湿度高地方,水栖萤火虫每一虫态都有不同的生态栖位;蛹期在水旁边度过。成虫则以雄虫及雌虫分为水上方开阔水域及水边的植物上,卵产于岸边。

萤火虫成虫依种类不同,活动的时间也有差异,白天和夜晚各有日行性和夜行性的种类,夜间活动的种类出现的时间,由18点至清晨3点、4点都有。一般说来,多数种类是在日落后开始活动,而且大多在晚上20点、21点停止活动。萤火虫幼虫在夜晚出现的时间大抵和成虫相仿,但它们却可以整夜活动。

为什么萤火虫晚上会发光?

萤火虫有专门的发光细胞,在发光细胞中有两类化学物质,一类被称作萤光素(在萤火虫中的称为萤火虫萤光素(Fireflyluciferin)),另一类被称为荧光素酶。 荧光素能在荧光素酶的催化下消耗ATP,并与氧气发生反应,反应中产生激发态的氧化荧光素,当氧化荧光素从激发态回到基态时释放出光子。 反应中释放的能量几乎全部以光的形式释放,只有极少部分以热的形式释放,反应效率为95%,甲虫也因此而不会过热灼伤。 人类到目前为止还没办法制造出如此高效的光源。 在虫的腹部下部有着很多白色斑块。 其实是它的甲壳中对光透明的部分。 在内部有一块白色的膜,可以反射光。 所以在日间这个部位呈现白色。


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