华农科学家研究荧火虫发光原理，已发表在Nature子刊上。华农科学家发现了荧火虫发光的秘密，并将研究结果发表在Nature子刊上。

2024-03-20 生活常识关注公众号

的研究。他们的研究表明，水生萤火虫在进化过程中获得了独特的发光机制，使得其在黑暗中也能发出亮光。这一发现挑战了以往对萤火虫发光的理解，并揭示了新的生物学奥秘。

关于萤火虫发光的原理，我们已知其大概。参与发光反应的化学物质，催化发光反应的荧光素酶（luciferase），我们都非常了解，不过萤火虫还有很多我们不了解的秘密。显然，萤火虫对自己发光的时间有一定程度控制，而且它们只能通过特定器官发光。其他物种没有类似器官。换言之，就萤火虫在生物演化旅程中获得某种复杂的发光构造，其他相关物种都无任何能与发光沾边的结构。因此，可以说萤火虫是神秘的。

最近，来自华中农业大学的萤火虫科学家付新华领衔团队在《自然-通讯》（

Nature Communication）

杂志发文，从基因水平上部分揭示了萤火虫发光的机制。

我们对萤火虫如何发光已有相当多了解：

一方面，不光成年萤火虫会发光，幼虫阶段的也能，学界认为这是向潜在捕食者发出毒性信号的一种方式；另有观点认为，最初发光系统的演化是为了警示敌人，后来则为交配服务。

另一方面，成虫的发光器官都在腹部特定部位形成

（雄性和雌性的形成部分有差异）

。这些身体部位

（或者说节段）

包括萤火虫表皮外层的透明角质层及其下方专门用于发光的细胞。

在这些细胞里，荧光素酶被发送到过氧化物酶体中。酶体内的各种化学物质一般通过氧化反应被分解。而有迹象表明，发光细胞的过氧化物酶体专用于荧光素酶催化下的发光反应，似乎不再能执行除发光以外的任何功能。

研究上述特征的一种最简单方式是识别产生它们的基因。但在这里，遗传学方法不大好用，因为萤火虫很难在实验室里繁殖。另一种选择则是对萤火虫基因组进行测序，寻找新演化的基因或已经历复制的现有基因（从而有额外拷贝）。这方面工作有人尝试过，也识别出了一些有趣基因，但似乎都与发光无关。

付新华团队研究了一种水生萤火虫。他们通过测序工作发现，此种萤火虫的基因组异常庞大，而且充满了许多无关垃圾，例如可移动DNA元件和基因内的大量内含子。不过他们还是完成了对大约 98%基因组的测序，并识别出其中大部分基因。

发光器官在特定部位发育（雌雄有异，需分开研究），因此研究人员聚焦于那些决定身体部位发育的基因——此类基因被称为同源盒基因（homeobox genes），负责指示某个部位应发育成翅膀、腿或其他结构。从果蝇到人类，各种动物的器官发生和细胞分化都会受同源盒基因调控。

通过检查萤火虫基因组中的同源盒基因活性，付新华等人发现了6种在特定时间和位置活跃的基因，它们可能影响发光器官形成。然后，他们使用RNA干扰技术来降低这些基因的活性。结果表明，其中有3种同源盒基因似乎参与调控发光器官形成；另有2种同源盒基因如果丧失活性，就会扰乱发光器官形成。

鉴于同源盒蛋白通过结合附近DNA来调控其他基因，付新华等人就在敲除了上述2种同源盒基因的动物体内测试其基因活性的改变，结果发现其中一种基因正是荧光素酶基因。

更深入的观察表明，这两种同源盒蛋白会在荧光素酶基因附近的DNA上形成复合物，并直接在发光细胞中激活荧光素酶基因。其中一种同源盒蛋白还会激活参与将荧光素酶纳入细胞器并催化发光反应的基因。

当然，付新华等人尚未研究萤火虫发光原理的所有方面，例如，需要什么来产生透明角质层从而让光从腹部射出？

不过他们的新论文在一定程度上描述了发光系统的基本特征，让我们了解到：一方面，发光细胞的产生与从这些细胞产生光线的系统是分离的；另一方面，帮助决定发光器官形成的同源盒蛋白直接参与荧光素酶的产生。

通过识别在上述所有过程中发挥关键作用的基因，付新华等人还给出了收集更多有关该系统工作原理细节的途径。

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生活常识 09.14

幸运号码引千万财富，万州彩民再现神奇好运

重庆万州彩民凭借孩子生日号码中得5注双色球二等奖，收获奖金180万元！

生活常识 09.14

人人该收藏的 5 个急救知识，关键时刻能救命！

"世界急救日"今年的主题为"急救与运动"，旨在强调生活中的意外伤害应尽快就医的重要性，强调预防和提高公众的应急自救能力。

生活常识 09.14

别再犹豫！省医糕点房已经暂停出售月饼了

"自今日起，为保障我院儿科急诊旁糕点房的正常就医秩序，儿科急诊旁糕点房将停止销售月饼。同时，院内自营销售门店盛意食府和线下经销商销售门店等多家商家将继续销售月饼。市民可通过线上购买或到指定地点选购。"

生活常识 09.14

江河冰源与澎湃冰川保护报告：为何我们要关注冰川?

全球气候变暖导致冰湖加速融化，多地出现冰川消融问题。这项最新研究表明，随着气候变暖加剧，冰川融化对环境的影响愈发明显。冰川消融现象日益严重，科学家们表示，我们需要加强对冰川保护的关注和重视，以防止气候变化对人类生存构成威胁。同时，持续的冰川保护报道也将为这一课题提供更多视角和知识。

生活常识 09.14

尘肺病患者的故事：一种与生命共存的奢侈体验

尘肺病，但在张海超“开胸验肺”事件后，政府和社会各方面的援助使越来越多的人得以治疗。随着尘肺病的关注度提高，更多的年轻工人都开始面临这样的困境。一家位于安徽无为市十里墩镇的石材切割工何生深感痛苦。然而他的生活并未因此而停止，他们的家人也为他们承担着沉重的压力。类似的病例还有许多。这是一次关于尘肺病和年轻人生活方式的深刻报道。

生活常识 09.14