我們能夠利用上超「廢柴」的生物光源嗎?

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我們能夠利用上超「廢柴」的生物光源嗎? 科技 第1張

圖片來源:視覺中國

文|腦極體

會發光的生物,其實是我們的老朋友了。小時候課本里學到過囊螢映雪,終極學霸車胤為了在晚上也能看書,收集起螢火蟲用作照明。後來認識了電視里的海綿寶寶,會發光的水母是他和派大星的最愛。

不過在光源唾手可得,甚至已經形成光污染的今天,生物光似乎完全失去了利用價值。如果真的像課本里那樣,抓一群螢火蟲放到玻璃瓶子里照亮書本,怎麼想都是一件效率很低事情。

不過隨著有關生物光源的研究不斷深入,水母和螢火蟲正在做到照明以外的價值。

史上最廢柴的神跡:當鹹魚會發光

除去傳說中非常不現實的螢火蟲讀書燈以外,人類真正對生物光進行大規模應用可以被追溯到100年前。電燈已經發明了幾十年,煤油燈、燭火更是普遍應用的1920年,人們為什麼要使用生物照明呢?

答案是當時在礦物勘探時,由於礦下無法應用煤油、蠟燭等明火,探照燈也尚未被發明,於是工人們常常使用一種「魚皮燈」,借助魚皮上磷脂散發的微光來照明。

除此之外,我們幾乎沒有其他應用生物光的經驗。但人類第一次發現生物身上的光芒,卻可以追溯到很多年以前。在歷史記載中,亞里士多德曾經發現過魚身上會閃爍出光芒,將其稱為「神跡」。畢竟對於那時剛剛脫離鑽木取火不久的人類來說,會發光的動物屬於一系列不可捉摸的、被神化的自然現象中的一部分。

到後來我們發現,這些「神跡」大約來自於兩種反應。第一種是像螢火蟲那樣,身體中可以產生熒光素酶,第二種則是像深海魚一樣,利用身體的光蛋白底物發生氧化反應。也就是說這些神跡都是建立在一種生物化學反應之上,在以往我們缺乏對自然世界的把控時,當然無法利用起這些這些化學反應。

不管是試圖捉住螢火蟲放在袋子里,還是像海綿寶寶一樣把發光的水母放進玻璃瓶,這些生物最終都會死去,然後變得黯淡無光。最終只能靠著皮膚上一點點殘留物質散發微光,可是說是一種非常廢柴的神跡了。

當生物光源成為一塊基因積木

在幾年前,EA曾經推出過一款非常火熱的遊戲《孢子》,遊戲中玩家可以對生物進行各種模式的改造,比如創造出頭上長草的恐龍,或是長著眼睛的樹木。在現實生活中,科學家們也在不斷嘗試著生物改造,其中生物發光這個有趣的特性,就常常被拿來進行「積木式」的改造。

例如,通過基因編輯科學家可以做到讓植物在黑暗中散發光芒。

英國劍橋大學通過對螢火蟲和海洋動物的研究,製造出了一種可以植入不同類型生物體、可遺傳的基因組。而這種基因組可以被植入到植物中,讓植物中生成一種氧合蟲熒光素,和大腸桿菌結合後,植物就可以在化學反應之下散發出光芒。也就是說,用shi給這些植物施肥,他們就可以照亮世界……

又比如,日本理化研究所開發出的單細胞生物發光成像系統,可以讓動物體內的細胞散發出更容易觀測到的光線。

將這種名為AkaBLI的物質融入水中,讓實驗鼠喝下去,或者直接注射到實驗鼠體內,就能使實驗鼠身體內的某些細胞發出光芒。尤其是在肺部、大腦這些器官中,有了閃閃發亮的細胞,科學家們就可以使用一些非入侵的方式進行動物實驗。

至於海綿寶寶最愛的熒光水母,最近也被科學家們拿來「提取」發光物質。

來自MIT的Costa博士已經嘗試過,將讓水母發光的蛋白在水溶液以外也能保持穩定。這種名為「熒光蛋白」的細菌在幾乎無水的栽培基中也能存活。於是來自水母的熒光蛋白細菌正在像鎢絲一樣,在燈泡中散射出光芒。

我們真的能夠利用上超廢柴的生物光源嗎?

在《孢子》中,我們通過基因編輯改造各式各樣的生物來滿足自己做造物主的願望。可在遊戲之外的三次元世界,讓老鼠或植物發光這種事情不管怎麼看都顯得意義不大,像是吃太飽後才會有的研究結果。但在深入了解之後,我們會發現,原來生物光源這種技術,確實能填補不少真實應用場景。

首先,在節約能源上生物光源就擁有很高的效率。

利用生物發光做到節能有兩種方式,一種是拋棄現有的一切照明模式,僅僅使用經過基因編輯的發光植物來照明。研究生物發光樹的劍橋團隊就提出,未來可以通過種植發光樹木來替代路燈,或在家中種植發光的水草來做到照明。這樣不僅能夠節能環保,還能夠讓那些供電條件不好的地區也享受到光明。

另一種方式是維持原有的照明方式,但將燈泡內的物質進行更換。成功提取出水母熒光蛋白細菌的研究團隊,就在嘗試讓這種蛋白在燈泡和玻璃夾層中保持穩定,成為有效的光源。科學家們這麼做的理由也很簡單,他們表示LED燈和螢幕在發光時需要一種名為釔鋁石榴石的物質,這種物質建立在稀土資源的開采之上,有朝一日稀土資源用完了,他們的水母蛋白就會排上用場。

而且相比普通光源,生物光源的高穩定性也使其可控範圍更廣。

在研究中科學家們發現,可以通過生物蛋白的自我修復特性,使其在斷裂-重建的過程之中調節光譜。利用不同熒光蛋白的不同光譜特徵,甚至能夠做到完全模擬太陽光線。這種技術對於英國、北歐這類日照條件很差的地區來說意義非凡,對太陽光線的模擬能夠減少這些地區季節情感障礙的發病率,讓人們不再因為見不到陽光而感到心情陰鬱。

除了這些偏向於大眾的用途之外,生物光源技術還可以被用作細胞染色,方便科學研究時進行觀察,甚至有人還提出利用這種技術對皮膚染色,制成發光文身甚至乾脆進行人體改造……總之利用起更生物光源距離我們並不遙遠。

其實自然與科技之間從來都不曾對立,他們只是兩個平行世界,對於世間萬物有著各自的答案。只要一座小小的橋梁,就能打通蟲洞,同時獲取兩個世界的能量。

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