探寻“微光”的奥秘

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  萤火虫是许多人儿时的玩伴,把它们装在玻璃瓶中、放在豆荚中、塞在南瓜藤里……这些都是我们美好童年记忆的一部分。当我们渐渐长大,在高楼林立的城市生活时,渐渐忘记了萤火虫。殊不知,萤火虫的栖息地早已破坏严重,种群数量在全国范围内迅速下降。为了保护这些美丽的暗夜精灵,有一个人站了出来。
  他是中国第一个萤火虫博士。自2000年起,付新华便致力于萤火虫的考察与研究,发现并命名了雷氏萤、武汉萤、穹宇萤等多种萤火虫。近年来,因痛感萤火虫数量的锐减,他开始积极投身萤火虫的保护事业,通过讲座、著述、摄影等形式,向公众传达科学赏萤、保护萤火虫栖息地的理念,并成立国内唯一一家萤火虫环保组织“萤火虫自然保护研究中心”。
  付新华被誉为中国萤火虫研究和保护第一人。在咸宁大耒山,付新华打造了国内首个萤火虫保护地——大耒山生态保育园及珍稀水栖萤火虫繁育中心,保护了当地22平方公里17种上亿只萤火虫,其中还包含3种珍稀的水栖萤火虫种质资源。他研发出高效的工厂化繁育萤火虫的体系,可每年繁育百万只萤火虫。
  你也许“有所不知”的萤火虫
  萤火虫大多出现在夏季的河、湖、池边,它们的活动离不开水源。95%的城市人没有见过萤火虫,只有在城乡交汇处或乡村才会看到它们的身影。因此,真正了解萤火虫的人并不多,它的魅力正是那忽明忽暗的发光体。
  自古以来,人们对萤火虫的认识和保护意识就十分不足,小孩子把萤火虫放进袋子里、帐子里,甚至枕着睡觉。其实把萤火虫装在豆荚、蛋壳里当灯用都会对它们微弱的生命产生巨大威胁。付新华在一次讲座中曾说:“传说中的‘化腐为萤’就是一种谬论,直到李时珍提出‘萤有三种’,才真正发现了萤火虫的奥秘。我们的先辈精文法,疏科學,导致了很多人对萤火虫存在误区。”
  萤火虫的发光器在腹部第六七节的腹面,这腹面在白天看上去是灰白色,只有在黑夜才能发光。雄雌萤火虫都能发光,雌虫的光度稍微弱一些。何以能发光?因为腹部的发光器含有含磷的发光质和催化酵素,发光器上有一些气孔,当空气进入,发光质就会在催化酵素的催化作用下与氧气产生氧化作用,使化学能转化为光能,于是产生或黄绿或橙红,亮度也各不相同的光。萤火虫发光的颜色不同,是由于它们所含的发光质和催化酵素存在差异。萤火虫发出的光是冷光,并没有热量。
  全世界有2000多种萤火虫,我国大约有200~300种。多年来,付新华走遍了大半个中国进行野外调研,发现了“武汉萤”、“雷氏萤”、“中国萤”等新萤种,研究出了亚洲首套可以进行野外萤火虫闪光频率的追踪、记录、分析、模拟的一整套设备。
  一次偶然邂逅,付出一生行动
  “一个男孩子的手从空中落下来,将我一把捞住。但这个愚笨的家伙显然被我吓着了,他没想到我会发光……”在付新华撰写的科普书《一只萤火虫的旅行》中,他以萤火虫的语气描写着自己与萤火虫的初次邂逅。付新华说,彼时尚在读研的他从导师那里了解到“这就是萤火虫的幼虫”,觉得很神奇,想弄明白萤火虫为什么发光。到后来一发不可收拾,付新华干脆专门研究起了萤火虫。
  萤火虫发光多在夜间一段固定时间。在春夏季晚8点至12点左右,付新华常独自一人出没于萤火虫聚集地——人烟稀少的山间野谷,甚至还会闯进坟地。尽管已经习惯这样的深夜独行,但付新华说:“有时候也挺害怕,主要还是孤独。”可孤独感会随着萤火虫的出现而烟消云散,“走着走着,随着远处黄色绿色的光点闪现,我就开始觉得温暖,它们是我的同类”。
  早在2006年进行博士论文研究时,付新华就发现自己饲养的萤火虫以淡水螺为食。“当时,我在水稻田里发现了雷氏萤幼虫。那时我就在想,它为什么会生活在稻田里,食物是什么?”带着这个问题,付新华开始观察实验室饲养的雷氏萤。一次偶然的机会,他发现实验箱中的淡水螺数量在减少。“一定是雷氏萤幼虫把它当成了食物。”付新华心想。
  当时的条件还不允许付新华开展大规模的定量实验。直到2008年,在第一次获得国家自然科学基金的资助后,付新华决定将验证这个结论的想法付诸实践。他说:“国家自然科学基金给了我很大支持,实验室添置了不少试验设备。”在不到10平方米的实验室里,他饲养了1800多只雷氏萤,还饲养了静水椎实螺、环棱螺和扁卷螺等3种大小不一的淡水螺用于实验。最终,实验发现雷氏萤幼虫喜欢吃体型更小的淡水螺。同时,他发现雷氏萤幼虫随着年龄的增长,其捕食淡水螺类的行为也会变化。通过电子显微镜,付新华观察到雷氏萤幼虫捕食的功能性结构的全部细节。长期从事生态学研究的付新华隐隐感到,获得的实验结果意义重大。他说:“这些不起眼的淡水螺正好是肝吸虫的第一宿主,对肝吸虫进行生物防治时,可以考虑利用萤火虫。”2012年年初,他将论文投至该领域权威学术期刊《生物防治》,不久后,付新华收到了论文接收函,这给他带来巨大的动力。他说:“我要用一辈子的时间去研究中国的萤火虫,把所有的种类和它们的行为都弄清楚,将萤火虫的应用价值都实现。”
  尽管外界一直质疑付新华研究萤火虫的价值,但他仍然常年在全国各地寻找萤火虫来进行研究。
  萤火虫发光与仿生技术
  我们所熟悉的电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式浪费了,而且电灯的热射线对人眼有害。那么,有没有只发光不发热的光源呢?人类把目光投向了大自然。
  在自然界中,有许多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且这些生物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”。萤火虫只是众多发光生物中的一类,它们发出的冷光不仅具有很高的发光效率,光的强度也比较高,而且一般都很柔和,适合人类的眼睛。因此,它是一种较理想的光。
  萤火虫可将化学能直接转变成光能,且转化效率达100%,而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍,大大节约了能量。人们也已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光,作为安全照明用。
  而今,付新华已启动了我国萤火虫种类及生物标签的研究工作,系统地收集中国的萤火虫种质资源,自主研发了萤火虫闪光信号记录及分析的整套仪器、软件系统,记录分析了我国常见萤火虫的闪光交流系统,为萤火虫的闪光求偶和进化提供了研究途径。正是付新华一直保有这份坚持,才为萤火虫日后的研究工作奠定了深厚的基础。
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