究竟是何种机制导致蘑菇在黑暗中发光?

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北京时间1月10日消息,据国外媒体报道,在自然界中,一些蘑菇品种在夜晚发光是很常见的,它们通过一系列化学反应会发出怪异的黄绿色,该现象被称为生物发光,究竟是何种机制导致蘑菇在黑暗中发光?

许多儿童喜欢在卧室天花板贴一些黑暗中发光的塑料星星,同时,人们也喜欢将黑暗中发光的物质添加在衣服和颜料中,但这都是人造发光物质,事实上,自然界存在着许多种生物,它们擅长利用生物发光。当人们看到黑暗中发光的蘑菇,会联想到这是科幻电影中的场景,但在现实中,有许多种蘑菇可以发出可见光。

 

关于生物发光蘑菇的报道最早出现在几千年前,古希腊哲学家亚里士多德将一块腐烂木头上的菌丝体发光称为“冷火”。17世纪,一位荷兰医生注意到印度尼西亚当地居民夜晚行走时会携带发出蓝色光的蘑菇,他们将该蘑菇作为“手电筒”。

在密克罗尼西亚群岛,当地居民将这些发光蘑菇作为仪式舞蹈的头饰,他们还会将发光蘑菇液体涂在脸部,起到恐吓他人的作用。在其他地域文化中,人们认为发光蘑菇是一种不祥的预兆,并试图摧毁它们。

什么是发光蘑菇?

在已知10万多种蘑菇中,科学家现已确定了80多种发光蘑菇物种,它们绝大多数属于发光脐菇、蜜环菌菇、石斛小菇类。

这些蘑菇发出绿色光,波长为520-530纳米,蘑菇发光部分包括:菌丝体(菌盖和菌鳃)、菌丝线,以及两者同时发光,例如:发光脐菇和石斛小菇的菌丝体和菌丝线都能发光,而蜜环菌菇只有菌丝体能发光。

人们可能会认为这些蘑菇一直在发光,但事实并非如此,它们仅在特定生命时期内发光,在生命其他时期,蘑菇不会发出任何光,生命早期的菌丝体和菌丝线比生命晚期的发光更亮。

生物为什么会发光?

某些品种蘑菇发光的背后机制是生物发光,这是一种化学反应导致生物体发光的现象,反应过程中产生的能量会转化为光。萤火虫、蝎子以及水母和琵琶鱼等海洋生物也有类似的生物发光机制。

蘑菇是如何生物发光的?

对于蘑菇而言,生物发光反应主要依赖于氧,它涉及到荧光素分子和荧光酶之间的反应。荧光素是发光生物体中有机化合物的总称,它在荧光素酶存在的情况下通过氧化作用发光,直到近期,研究人员才知道蘑菇生物发光涉及到荧光素作用,研究确定该荧光素为3-羟基组氨酸(3-hydroxyhispidin),该化合物是通过一种叫做组氨酸的真菌代谢物氧化作用而生物合成的。

生物发光反应分为两个阶段,首先,在荧光素酶存在的情况下,荧光素分子与氧和三磷酸腺苷(ATP)分子相互作用,这导致了一种叫做氧化荧光素的发光分子形成,它是荧光素和氧气在一起结合的。

该反应过程产生的能量激活了氧化荧光素分子中的电子,当氧化荧光素的电子回到基态时,氧化荧光素分子开始衰变,能量释放引起光子发射,从而产生光。

像灯泡等大多数光源,产生光是因为它们非常热,而蘑菇在不加热的情况下产生光,是因为这仅是化学反应的产物。因此,生物发光蘑菇发出的光也被称为“冷光”。

蘑菇生物发光的作用

之前科学家曾用各种理论试图解释蘑菇生物发光的功能作用,例如:科学家曾进行实验证明了像弹尾目和双翅目节肢动物如何被发光蘑菇所吸引,这些昆虫可以帮助发光蘑菇进行孢子扩散,从而增加蘑菇的生存能力。

因此,夜晚发光的蘑菇在吸引传播孢子的昆虫方面,比不发光的蘑菇更具有优势,在茂密的森林树冠下的蘑菇尤为明显,因为该环境下孢子很少通过风进行传播扩散。

人们通常会认为发光的蘑菇可能具有毒性,事实上蘑菇发光并不一定意味着危险,一些发光的蘑菇品种,例如:侧耳科月夜菌(Pleurotus japonicus)是有毒的,而荧光脐菇(Omphalotus olearius)则被认为是一种有毒的致幻剂。但并非所有发光蘑菇都有毒,无法食用,鳞皮扇菇(Panellus stipticus)略苦一些,呈酸性,人们食用后会出现轻微腹泻症状。

同时,发光菌丝也可能排斥土壤中非向光性猎食者,例如:远离光线的节肢动物,相反,食肉动物喜欢光,这些食肉动物可能吞食蘑菇上的节肢动物,从而减少了蘑菇吞食者的数量。

另一种假设认为,蘑菇的生物发光现象不具有生态功能性,相反,它仅是一些生物化学反应的副产品,大多数腐木型蘑菇可发出可见光,并能消化部分木质素。木质素是一种复杂的聚合物,通过与植物中的纤维网络结合在一起,为植物细胞壁提供了一定刚性。生物发光现象与木质素降解之间存在一定的关系,真菌的生物发光反应可以消解木质素消化过程中释放的过氧化物,该过程被称为木质素降解。

结论

在远古时期,人们经常将光和火与神灵联系在一起,例如:希腊神话中的阿波罗太阳神,而没有热或者火的发光现象(例如发光蘑菇产生的冷光)则被人们认为具有超自然意义。目前科学家在研究了各种发光真菌蘑菇之后,现在掌握了生物发光的化学过程如何导致蘑菇神秘发光。

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