世界上有很多奇怪的事情，生物就更奇怪了。许多动植物会发光，其中萤火虫最为常见。每到夏夜，它们会在丛林或田野里闪烁，就像小天使一样，引起人们的无限遐想。

今天，我们将从生物、化学和物理的角度来了解这种小动物的发光机制。

一、萤火虫的发光机制

简单来说，萤火虫发光是在荧光素的催化作用下，发生复杂的生化反应，能量以光的形式释放出来。换句话说，萤火虫的光和世界上所有的光源一样，都是能量的释放。

萤火虫有2000多种。不同物种的发光形式不同，光的颜色也不同，有黄色、橙色、红色、黄绿色、绿色，今天就不说了。

具体来说，萤火虫的发光部分是其腹部的一个发光装置，由发光细胞、反射层细胞、神经和表皮细胞组成。光发射器的结构有点像汽车大灯总成。发光细胞就是灯泡，反射层的细胞就像汽车的反光器和灯罩，把灯泡发出的光集中起来。

发光细胞中有两种化学物质，一种叫荧光素，一种叫荧光素酶。在荧光素酶的催化下，荧光素会与空气体中的氧气发生反应并释放能量，主要以荧光的形式存在。所以萤火虫发光是一种生化反应。

萤火虫为什么会发光？这是因为萤火虫也在呼吸，气管内输送的氧气不平衡。氧气充足时，发光电池内的化学反应强烈，亮度强；反之，如果反应慢，光线就会变弱，甚至暗淡。

在萤火虫体内，还有一种叫做三磷酸腺苷(ATP)的化学物质，可以调节荧光素的发光功能，在荧光变弱时重新发光。

萤火虫发光是为了照亮自己的觅食，是为了恐吓和防御敌人，更重要的是为了求偶交流信息。成年人会通过在晚上发出不同的光来寻找他们的伴侣。一般雄性发光0.2秒，间隔2.2秒。雌虫在雄虫发光后0.5秒有反应。

第二，萤火虫也是光子吗？

当然，这个世界上的光都是电磁波，都是光子传导的。那么一只萤火虫能发出多少光子呢？这就要从可见光的波长说起。

可见光大约由七种颜色组成，波长大约在380~760nm(纳米)。不同颜色的波长不同，红光波长最长，紫光波长最短。萤火虫发出的光有多种颜色，如绿色、黄色、橙色、红色等，或逐渐变色，从绿色到红色的波段在492-760nm之间。

我们折中一下，平均626nm，这样就可以大致算出萤火虫发出多少光子。首先要计算626nm光子的能量，计算公式为:E=hc/λ。这里e代表能量；h代表普朗克常数，约为6.626 * 10-34j·s；λ是光的量子波长。

这样，我们可以计算出626nm的光子能量约为3.17 * 10-19 J(焦耳)。那么萤火虫每秒能发出多少这样的光子呢？这取决于萤火虫的发光度。找了半天，没有找到任何关于萤火虫亮度的信息。我只找到一个研究，1000只萤火虫相当于20瓦灯泡的亮度。

不同种类电灯的发光效率是不同的，也就是说，电灯能量转化为光子的效率是不同的。白炽灯最小，发光效率仅占其能量的15%，其余大部分能量转化为热能。相比较而言，日光照明的效率可以达到50%，LED节能照明的效率可以达到90%。

研究没有说这1000只萤火虫发出的光相当于一个20瓦的灯泡，但一般和灯泡相比，只能指白炽灯。以白炽灯计算，一个20瓦灯泡的光效只有15%，也就是3瓦左右，每秒发射的光子能量为3J，这样每秒大约释放9.5 * 10 ^ 18个波长为626nm的光子。

除以1000只萤火虫，每只萤火虫每秒释放约9.5 * 10.15个光子，就是9500万亿。相当多。难怪我们看到的萤火虫闪闪发光。

有研究认为萤火虫的发光效率很高，可以达到88~90%，也有人说高达95%，所以能量很少转化为热量，是公认的冷光源。目前LED的发光效率已经达到90%，和萤火虫差不多，所以应该也是冷光源。

三、萤火虫的冷光源机制给人类带来的启示

冷光源的发光原理是在电场的作用下，产生的电子碰撞激发荧光物质产生发光现象，具有优良的光学特性，发光效率高。一般来说，冷光源工作时产生的热量很少或不产生热量。

萤火虫的发光特性给人类带来很多启示。人们已经成功地从萤火虫的发光体中提取了荧光素和荧光素酶，通过分析了解了它们的成分，然后通过化学合成成功地制备了这些物质，并将其应用到照明设备中，大大提高了发光效率。

如荧光灯、霓虹灯、液晶显示器、发光二极管等。，都是萤火虫发明的冷光源。当然，冷光源并不是完全不发热，而是发光效率有了很大的提高。比如荧光灯比白炽灯增长了35%，led增长了75%。

但也有人认为萤火虫的发光效率并没有以前认为的那么高。日本东京大学秋山英教授领导的研究小组对最亮的北美萤火虫进行了测量，发现其光强仅为体内发光物质最大时所能发出能量的41%，效率不及荧光灯。

但是荧光灯还是有温度的，因为有些能量转化成了热能。如果萤火虫只利用了总能量的41%，却不发热，那么多出来的能量转化成了什么？似乎值得进一步研究，需要更多的证据来说话。

在动植物世界里，有很多发光的生物，比如海洋中的一片深海？？？？鱼的头上有一个发光的“小灯笼”；一种“月鱼”也会发光，有的水母也会发光；还有一些夜光植物，如“灯心草”、“鬼树”等。

这些动物和植物会发光。它们中的一些，像萤火虫，在它们的身体结构中有荧光素和荧光素酶，而另一些在它们的身体中有一些特殊的蛋白质。例如，在发光的水母中，有一种叫做鹰钩线的蛋白质，当它与钙离子结合时会发光。

历经数十亿年，大自然将动植物雕琢到了极致，机理极其复杂。随着人类科技的发展，模仿自然并不奇怪。近代发展起来的一门很重要的学科叫仿生学，就是通过了解动植物世界的各种机制来制作更精致的工具或食物。

通过学习了解萤火虫等动植物的发光机制，未来的光能技术会越来越先进。