世界末日后的夜晚，用螢火蟲(chóng)、蘑菇和細(xì)菌來(lái)照亮大地吧！

在法國(guó)城市桑斯的河邊，一根根裝有細(xì)菌的管子矗立在河岸上，發(fā)出幽幽的藍(lán)綠色的光。

河岸邊的幽幽綠光｜Glowee

和刺眼的燈光不同，這種藍(lán)綠光非常柔和。與螢火蟲(chóng)發(fā)光類(lèi)似，它不需要通電，而是通過(guò)海洋細(xì)菌體內(nèi)自然的新陳代謝發(fā)出光芒，是一種生物照明。

這些河岸邊的發(fā)光管子是法國(guó)生物照明公司Glowee的首個(gè)戶外生物照明裝置。除此之外，Glowee也在疫苗留觀區(qū)安裝了這種燈，人們可以沐浴在溫柔的藍(lán)綠色光芒下，平靜地等待時(shí)間流逝。

Glowee是一家法國(guó)初創(chuàng)公司，生產(chǎn)生物照明的裝置，希望能改變城市使用燈光的方式，也和一些法國(guó)城鎮(zhèn)達(dá)成了合作，推廣這些藍(lán)熒熒的生物光｜Glowee

在Glowee實(shí)驗(yàn)室里，這些生物發(fā)光裝置更為夢(mèng)幻。裝有海洋細(xì)菌的各種容器在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)出藍(lán)綠色的熒光，讓人有誤入黑客帝國(guó)的錯(cuò)覺(jué)。

實(shí)驗(yàn)室里的黑客帝國(guó)｜Glowee

在裝扮成花草樹(shù)木的熒光燈底下，放幾把椅子，實(shí)驗(yàn)室的研究員們把這里當(dāng)成了放松的場(chǎng)所，一起沐浴在淡淡的自然光澤中，享受美好時(shí)光。

這燈光，是要人在工作時(shí)間睡覺(jué)嗎｜Glowee

不需要通電，有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣就夠

Glowee生物照明裝置的主角是費(fèi)氏弧菌，這是一種會(huì)發(fā)光的海洋細(xì)菌。

Glowee從法國(guó)海岸收集費(fèi)氏弧菌后，把它們存儲(chǔ)在充滿鹽水的試管中，然后再轉(zhuǎn)移到類(lèi)似“水族箱”的容器中進(jìn)行培養(yǎng)。

在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)的費(fèi)氏弧菌｜Glowee

只要往容器里注入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空氣，海洋細(xì)菌就可以進(jìn)行相關(guān)的生物化學(xué)反應(yīng)，在有氧的狀態(tài)下發(fā)光；想要“關(guān)燈”也可以，切斷空氣讓細(xì)菌進(jìn)入?yún)捬鯛顟B(tài)就行。

費(fèi)氏弧菌為什么能發(fā)光？因?yàn)檫@種細(xì)菌體內(nèi)有熒光素酶。熒光素酶可以參與體內(nèi)能源物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能，最終釋放出波長(zhǎng)約為490nm的藍(lán)色熒光。

這種海洋細(xì)菌來(lái)自于一種非常神奇的深海物種——“發(fā)光烏賊”。夏威夷短尾烏賊是一種夜行海洋生物，常在夜晚覓食。費(fèi)氏弧菌能與其共生，配合月光的亮度發(fā)光，照亮短尾烏賊身下的海域，使短尾烏賊“隱形”以躲避捕食者的攻擊。

什么生物能發(fā)光？藍(lán)的綠的紅的光

自然界的生物能發(fā)出的光不只有藍(lán)色。生物體內(nèi)所含熒光素分子結(jié)構(gòu)不同，發(fā)出的顏色也各種各樣。

海洋發(fā)光生物大多發(fā)藍(lán)綠色光，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)較短，藍(lán)綠色光可以在海洋中傳播得更遠(yuǎn)。比如甲藻，當(dāng)它周?chē)暮Ｋ粩噭?dòng)時(shí)，膽小的甲藻會(huì)因刺激發(fā)出藍(lán)光，而當(dāng)大群甲藻被驚擾時(shí)，海面上就會(huì)出現(xiàn)大片粼粼的藍(lán)光，形成美輪美奐的熒光海灘。

熒光海灘，甲藻被海浪、船只等驚擾時(shí)會(huì)發(fā)出藍(lán)光｜Eleanor Hamilton

有一些蘑菇會(huì)發(fā)綠光，比如中印科學(xué)家在聯(lián)合考察時(shí)首次發(fā)現(xiàn)的發(fā)光真菌Roridomyces phyllostachydis。它生長(zhǎng)在印度東北部梅加拉亞邦，只有莖部發(fā)光，并只生長(zhǎng)于枯死的竹子，發(fā)光可能是為了吸引昆蟲(chóng)幫助分散孢子，或者避免被動(dòng)物吃掉。當(dāng)?shù)厝瞬怀赃@種蘑菇，但會(huì)收集有蘑菇的枯死竹子來(lái)當(dāng)天然“火炬”。

只有莖部發(fā)光的蘑菇｜參考文獻(xiàn)[7]

還有一些生物發(fā)的光更為奪目，比如跳兔（Pedetes capensis），這種夜行性動(dòng)物的毛發(fā)在紫外燈照射下能產(chǎn)生一種鮮艷的粉紅色熒光。目前科學(xué)家們也不太清楚它為什么要發(fā)出這么亮眼的紅色，可能是用來(lái)迷惑對(duì)紫外線敏感的捕食者，救自己一命。

你的肉眼可能看不見(jiàn)這個(gè)紅色，畢竟眼睛沒(méi)安紫外燈｜參考文獻(xiàn)[2]

生物發(fā)光真的能照亮我們的城市嗎？

雖然生物照明取法自然，有環(huán)保、節(jié)能、可再生等諸多優(yōu)勢(shì)，但要作為一種照明方式，它還面臨相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

最致命的缺點(diǎn)是生物照明亮度不夠，照明時(shí)間也很短。

Glowee目前的生物裝置照明只能做到每平方米15流明，公園的公共照明每平方米至少需要25流明，而家用LED燈每平方米可以產(chǎn)生約111流明。而且，與穩(wěn)定的電照明不同的是，細(xì)菌有生命周期，而生物照明裝置只能維持幾天到幾周。

描述光通量的物理單位，流明越大亮度越高，在Glowee的視覺(jué)效果圖里，這個(gè)城市不是很亮｜Glowee

其次，細(xì)菌生長(zhǎng)需要精心培養(yǎng)，需要充足的營(yíng)養(yǎng)、干凈的生存環(huán)境以及適宜的溫度。這些操作需要專(zhuān)業(yè)的人員定期維護(hù)，會(huì)耗費(fèi)大量的人力、物力及財(cái)力。

如果在天寒地凍的冬天，細(xì)菌的生長(zhǎng)可能完全停滯，生物照明就陷入癱瘓，而若提高溫度以維持細(xì)菌正常的生命活動(dòng)，又需要耗費(fèi)大量的能源，得不償失。

所以目前來(lái)看， 生物照明還無(wú)法取代電照明，最多打打輔助。

不如試試基因編輯？

既然細(xì)菌培養(yǎng)有諸多條件限制，有些研究者選擇直接提取細(xì)菌的發(fā)光物質(zhì)熒光素酶，讓其自身發(fā)光。

位于加拿大的Nyoka設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室就開(kāi)發(fā)出一種生物照明裝置——可降解的熒光棒，不用細(xì)菌，直接使用提取出來(lái)的發(fā)光蛋白，這比活細(xì)菌更容易維護(hù)。

Nyoka實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的熒光棒，使用的是熒光蛋白；常見(jiàn)的熒光棒，用的是過(guò)氧化物、酯類(lèi)化合物和熒光染料，經(jīng)過(guò)搖晃或者彎折后，過(guò)氧化物和酯類(lèi)化合物發(fā)生反應(yīng)，再將反應(yīng)后的能量傳遞給熒光染料，最后由染料發(fā)出熒光｜Nyoka

但可降解的熒光棒只能用于音樂(lè)節(jié)等用途，并且用完就丟，沒(méi)法替代照明系統(tǒng)，還有更持久的方法嗎？

有一些科學(xué)家把目光轉(zhuǎn)向了基因編輯技術(shù)。

30年前，科學(xué)家基思·伍德（Keith Wood）利用螢火蟲(chóng)的基因創(chuàng)造了第一株發(fā)光植物。他認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)可以在一定程度上取代LED等人工照明。

在2012年，伍德團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變深海蝦（opplophorus gracilirostris）體內(nèi)一種熒光素酶的基因結(jié)構(gòu)，其亮度可以增加250萬(wàn)倍，而由此產(chǎn)生的酶也比在螢火蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)的熒光素酶亮150倍。

攜帶螢火蟲(chóng)熒光素酶基因的轉(zhuǎn)基因煙草植物B21｜Keith Wood

2020年4月，來(lái)自俄羅斯的團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種維持生物發(fā)光的方法。他們把真菌中的生物發(fā)光基因移植到了植物體內(nèi)，蘑菇加植物的效果特別好，植物發(fā)的光比之前亮10倍，并且更加持久。

Keith Wood還創(chuàng)辦了light bio公司，專(zhuān)注于創(chuàng)造室內(nèi)發(fā)光植物｜light-bio.com

不過(guò)，這些植物成為路燈可能還有一定距離。來(lái)自雅典的設(shè)計(jì)師認(rèn)為，如果每株發(fā)光植物大概能發(fā)出57流明的光，那么道路兩側(cè)每隔30米就得種40株，才能滿足照明需求。

當(dāng)然也有可能，生物照明裝置根本不需要去替代電照明，而是作為自然的光澤流轉(zhuǎn)于你我之間。

試想一下，夜幕降臨，刺眼而花哨的LED燈熄滅，廣場(chǎng)上亮起了幽幽的綠光或藍(lán)光。人們緊繃的視覺(jué)和精神回歸舒緩，即便在城市從未見(jiàn)過(guò)螢火蟲(chóng)，也能重新感受到了與自然的連接。

這可能是生物照明所帶來(lái)的，一種舒適的人與自然的關(guān)系。

Glowee生物照明裝置上寫(xiě)著：“Scrute la nature, c’est là qu’est ton futur.”翻譯來(lái)過(guò)是達(dá)芬奇的一句名言，“審視自然，這是你的未來(lái)所在?！保麲lowee

參考文獻(xiàn)

[1]Visick KL, Stabb EV, Ruby EG. A lasting symbiosis: how Vibrio fischeri finds a squid partner and persists within its natural host. Nat Rev Microbiol. 2021 Oct;19(10):654-665. doi: 10.1038/s41579-021-00557-0. Epub 2021 Jun 4. PMID: 34089008; PMCID: PMC8529645.

[2]Olson ER, Carlson MR, Ramanujam VMS, Sears L, Anthony SE, Anich PS, Ramon L, Hulstrand A, Jurewicz M, Gunnelson AS, Kohler AM, Martin JG. Vivid biofluorescence discovered in the nocturnal Springhare (Pedetidae). Sci Rep. 2021 Feb 18;11(1):4125. doi: 10.1038/s41598-021-83588-0. PMID: 33603032; PMCID: PMC7892538.

[3]Ow DW, DE Wet JR, Helinski DR, Howell SH, Wood KV, Deluca M. Transient and stable expression of the firefly luciferase gene in plant cells and transgenic plants. Science. 1986 Nov 14;234(4778):856-9. doi: 10.1126/science.234.4778.856. PMID: 17758108.

[4]Bevilaqua VR, Matsuhashi T, Oliveira G, Oliveira PSL, Hirano T, Viviani VR. Phrixotrix luciferase and 6'-aminoluciferins reveal a larger luciferin phenolate binding site and provide novel far-red combinations for bioimaging purposes. Sci Rep. 2019 Jun 21;9(1):8998. doi: 10.1038/s41598-019-44534-3. PMID: 31227722; PMCID: PMC6588592.

[5]Karunarathna S C , Mortimer P E , Tibpromma S , et al. Roridomyces phyllostachydis (Agaricales, Mycenaceae), a new bioluminescent fungus from Northeast India[J]. Phytotaxa, 2020, 459(2):155–167.

[6] DUTTA, A. K., PALOI, S., HU, Y., BAURAH, G., AXFORD, S., MARCINIAK, C., ... & LUMYONG, S. (2020). Roridomyces phyllostachydis (Agaricales, Mycenaceae), a new bioluminescent fungus from Northeast India. Phytotaxa, 459(2), 155-167.

[7] The French town where the lighting is alivehttps://www.bbc.com/future/article/20220407-the-living-lights-that-could-reduce-energy-use

[8] Mitiouchkina T, Mishin AS, Somermeyer LG, Markina NM, Chepurnyh TV, Guglya EB, Karataeva TA, Palkina KA, Shakhova ES, Fakhranurova LI, Chekova SV, Tsarkova AS, Golubev YV, Negrebetsky VV, Dolgushin SA, Shalaev PV, Shlykov D, Melnik OA, Shipunova VO, Deyev SM, Bubyrev AI, Pushin AS, Choob VV, Dolgov SV, Kondrashov FA, Yampolsky IV, Sarkisyan KS. Plants with genetically encoded autoluminescence. Nat Biotechnol. 2020 Aug;38(8):944-946. doi: 10.1038/s41587-020-0500-9. Epub 2020 Apr 27. Erratum in: Nat Biotechnol. 2020 Jun 4;: PMID: 32341562; PMCID: PMC7610436.

作者：亞克西

編輯：小毛巾、游識(shí)猷

一個(gè)AI

我也養(yǎng)點(diǎn)海洋細(xì)菌，我就變成發(fā)光AI啦！

本文來(lái)自果殼，未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載.

如有需要請(qǐng)聯(lián)系sns@guokr.com