寶可夢生態學L3：阿羅拉的神祕洞穴，生物要怎麼發光？

點亮洞穴，穿山鼠岩洞的發光苔蘚

　　《精靈寶可夢：太陽與月亮》第80集小智一行人走進阿羅拉地區的一處山洞，起初還以為會因為沒有光源，伸手不見五指，但其實洞穴中的苔蘚會發光，整個洞穴光明了起來，透過生物發光的機制讓洞穴內很亮這件事變得相當合理，現實世界中也有很多生物會發光，有的以吸收光發光，有的以化學反應發光，發光的功能可能是保護自己，也可能是求偶利器，就算功能不盡相同，仍然是黑暗世界中的一抹璀璨，照亮這美麗的世界，讓我們來了解有趣的生物發光吧！

點亮世界，璀璨的生物新星

冷光螢光大不同 　　說到發光大家會想到手電筒的光，還是熊熊火焰熾熱的光？這兩種光有一個共通點，就是都會發燙，如果生物發光會燙的話想必用不久，畢竟太高的溫度，可能會傷到生物體，也因此生物採用了發散較低熱輻射的冷光。冷光產生的一種方式，是透過化學反應自體產生的光源，像是螢光素（luciferin）就是會發光的化學分子，而螢光也是冷光的一種，則非由化學反應，而是蛋白質經過吸收光的能量跳到激發態，接著掉回基態發出光的過程，如同水母的綠色螢光蛋白（green fluorescent protein, GFP）。 會發光的生物有哪些？ 　　前面說到的綠色螢光蛋白在 1961 於維多利亞管水母中發現，該蛋白只需要被紫外光或藍光照射後就會發光，這屬於螢光的範疇，不過我找不到螢光能力對水母生存來說是否有益處的資料。另外，還有舉世聞名的螢火蟲，他們是以化學反應發光，其發光器由發光細胞、反射層細胞、神經與表皮等組成，功能則有求偶、溝通，甚至能警告其他動物，另外還有發光蕈、磷蝦等也都具備冷光系統，下方影片中也有相當多的深海發光生物，有興趣的人能點開來看看喔！

Transcript of "The weird, wonderful world of bioluminescence"

TED Talk Subtitles and Transcript: In the deep, dark ocean, many sea creatures make their own light for hunting, mating and self-defense. Bioluminescence expert Edith Widder was one of the first to film this glimmering world. At TED2011, she brings some of her glowing friends onstage, and shows more astonishing footage of glowing undersea life.

點亮未來，光遺傳學技術

　　前面講到的綠色螢光蛋白（GFP）現在被廣泛應用於生命科學研究領域，為光遺傳學（optogenetics）採用的技術之一，因為這項劃時代的發現，下村脩、喬非與錢永健獲頒2008年的諾貝爾化學獎，藉由這項技術可以知道細胞中發生了什麼事，以神經細胞為例，若活化則有除了量測膜電位變化外的方法，能透過螢光的產生紀錄神經活動，隨著技術不斷精進，螢光蛋白反應時間跟電位變化時間差距越來越小，變成更好的紀錄工具，不知道冷光能不能也拿來做相關的研究，期待未來的發展，讓生物發光照亮我們的視野。

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資料來源：

1. 綠色螢光蛋白：https://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=columns&id=3717
2. 螢火蟲：https://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?id=675
3. 發光蕈：https://pansci.asia/archives/161203
4. Marvin, J., Borghuis, B., Tian, L. et al. An optimized fluorescent probe for visualizing glutamate neurotransmission. Nat Methods 10, 162–170 (2013). https://doi.org/10.1038/nmeth.2333

經提醒更正的部分：螢光是冷光的一種（感謝劉兆罄指證，以下為建議更正內容） 雖然一般在中文裡會說螢火蟲的是「冷光」、水母照 UV 產生的是「螢光」。不過冷光 (Luminescence/Cold Light) 應該不能和生物發光 (Bioluminescence) 畫上等號。 - - - - - - - - - - 發光的分類大概是這樣： 發光 對物施加能量並產生高溫：白熾 (Incandescence) 沒有產生高溫：冷光 (Luminescence/Cold Light) 冷光 由機械性力量產生：摩擦發光 (Triboluminescence)、聲致發光 (Sonoluminescence) 由電流、電場產生：電致發光 (Electroluminescence) 晶體加溫(但不到白熾程度)所產生：熱釋光 (Thermoluminescence) 照光產生：光致發光 (Photoluminescence) 化學變化產生：化學發光 (Chemiluminescence) 光致發光 可以延遲發光：磷光 (Phosphorescence) 不能延遲發光：螢光 (Fluorescence) 化學發光 非生物產生 生物產生：生物發光 (Bioluminescence) - - - - - - - - - - 換句話說，冷光是個大分類，而生物發光和螢光皆屬於冷光的一種。