萤科(学名
Lampyrida')是
鞘翅目(甲虫)里面的一个
科,该科在全世界有2000多种。口语称
萤火虫、
火金姑(
闽南语)等。
该科里很多种虫能发光,但并不是全部都可以。通常,只要有发光器官的甲虫,就会被称为萤火虫。所以,狭义的萤火虫单指Lampyridae,而广义的萤火虫则包括
光萤科 (Phengodidae)和其他科的一些种。
行为
萤火虫发光是为了
交配。就是信号也是变化多端的,有些种类的萤火虫,只有雌性虫有发光器官,而有些种则双方都有。有些种类的光是一闪一闪的,有些则是持续发光。这种信号是因种而异的,在长度和节律上都有所不同。北美的
Photinus pyrali',雄性虫也有发光器官,雌雄识别的关键是雄虫在接收到雌虫光信号后两秒钟应答。而在另一些种类里面,这些甲虫会与周围的间断光信号同步,从外面看起来,整个树丛或森林就在同步闪光了。
Photuri'属的雌性可以模仿
Photinu'属雌性虫的间断光信号。这样它们就可以吸引并捕食
Photinu'属的雄性虫。一些
Photuri'种类的萤甚至有一整套
Photinu'种萤的光信号编码表,只要对号入座,它就可以诱捕到飞过的
Photinu'萤。
所有萤火虫只在夜里发光。在日间它们的光不足以强到能吸引同类的注意。
有很多种萤的雌性虫是没有飞行能力的。它们体型比雄性大,能产很多的卵。
发光原理
萤火虫的发光是
生物发光的一种。萤火虫的发光原理是: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
荧光素(在萤火虫中的称为萤火虫荧光素),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。
发光反应
发光反应的
反应式如下所示,荧光素(Luciferin),ATP(三磷酸腺苷)和氧气,在荧光素酶和2价
镁离子的
催化下产生右边的氧化荧光素(oxyluciferin),
焦磷酸,
二氧化碳,并发出
黄绿色的荧
光)。
发光反应又分三个步骤:
- 荧光素(Luciferin)和ATP在荧光素酶和2价镁离子(Mg2+)的催化作用下,产生荧光素-腺苷酸(adenylluciferin)。
- 荧光素-腺苷酸(adenylluciferin)和氧气发生氧化反应,产生激发态的氧化荧光素(oxyluciferin),和一磷酸腺苷。
- 激发态的氧化荧光素(oxyluciferin)回到基态,并发出绿光。
发光反应的产物---氧化荧光素在ATP提供能量的情况下,又将还原成荧光素,使得发光过程得以周而复始。
发光反应的控制
关于萤火虫是如何控制发光细胞的“开”与“关”的,有很多理论,但确切的控制机理还没有搞清楚。氧气控制理论基于通过控制发光细胞的氧气供给来完成发光和不发光的切换。神经激活理论假设荧光虫具有一个神经控制结构叫做
微气管末梢细胞,该结构在刺激下会在发光细胞中释放出
神经信使分子,这个分子启动了
化学反应的激活。
一种理论认为,萤火虫分泌一种叫
章鱼胺(octopamine,也译作
章胺、
真蛸胺)的
神经递质,从神经传导到
微气管末梢细胞,激发
一氧化氮合酶(缩写NOS),使之产生
一氧化氮和
细胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase)。而这两种物质抑制发光细胞的
粒线体使用
氧气,从而使
过氧化物酶体)能利用到氧气,使得平时通过
粒线体的
氧化磷酸化累积的
荧光素-腺苷酸 (或称为
腺嘌呤荧光素、
腺苷酰萤光素,luciferinadenlyate,或adenylluciferin,是由荧光素和ATP在荧光素酶和二价镁离子催化下生成的)氧化产生发光反应,发出光线。然後,光让
一氧化氮从
环氧化酶(cyclooxygenase,缩写COX) 上释出,於是停止发出光线。就这样,一直重复着固有频率和发光持续时间。
分布
除了
南极洲,人们都可以找到萤火虫的踪影。
以下是原产于
奥地利的萤火虫种
- 小萤火虫(Lamprohiza splendidul')
- 大萤火虫(Lampyris noctiluc')
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