物種簡介
螢科昆蟲的通稱,全世界約2000種,分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區。根據中國幾位專家的統計現發現的種類約有100餘種,再加上未發現的種類,總共有150多種。夜間要發光,可分為水生類和陸生類兩種。體型小至中型,長而扁平,體壁與鞘翅柔軟。前胸背闆平坦,常蓋住頭部。頭狹小。眼半圓球形,雄性的眼常大于雌性。腹部7~8節,末端下方有發光器,體内的熒光素和熒光素酶反應後生成的黃綠色熒光。
形态特征
螢火蟲體長0.8厘米左右,身形扁平細長,頭較小,體壁和鞘翅較柔軟,頭部被較大的前胸蓋闆蓋住。雄蟲觸角較長,有11節,呈扁平絲或鋸齒狀;腹部可見腹闆6~7節,末端有發光器,可發出熒光;雄蟲大多有翅。雌蟲無翅,身體比雄蟲大,不能飛翔,但熒光比雄蟲亮。
栖息環境
螢火蟲依其生活環境區分為陸栖和水栖兩個大類,前者占大多數。陸栖螢火蟲幼蟲多栖于遮蔽度高,草本植被茂盛,相對濕度高地方,水栖螢火蟲每一蟲态都有不同的生态栖位;蛹期在水旁邊度過。成蟲則以雄蟲及雌蟲分為水上方開闊水域及水邊的植物上,卵産于岸邊。
物種分類
螢科(Lampyridae)屬鞘翅目花螢總科(Coleoptera: Cantharoidea),迄今為止已經描述8個亞科90多個屬,1900多個種,然而,整個螢科的分類還需重新修訂。中國大陸螢科研究較少,種類描述很不完全,主要基于1880年到1920年之間的報道。除胡經甫總結了中國和蒙古的56個種外,尚無深入的記述或修訂。據McDermott報道,中國大陸螢科僅紀錄100餘種。中國台灣螢科分類研究得較多,已記錄50餘種。
生活習性
螢火蟲成蟲依種類不同,活動的時間也有差異,白天和夜晚各有日行性和夜行性的種類,夜間活動的種類出現的時間,由18點至清晨3點、4點都有。一般說來,多數種類是在日落後開始活動,而且大多在晚上20點、21點停止活動。螢火蟲幼蟲在夜晚出現的時間大抵和成蟲相仿,但它們卻可以整夜活動。
分布範圍
世界上已知螢火蟲有2000多種,分布于熱帶、亞熱帶和溫帶地區。中國約54種,各地皆有分布,尤以南部和東南沿海各省居多。
繁殖方式
螢火蟲屬于完全變态發育,一生經過卵幼蟲一蛹成蟲4個階段,水生螢火蟲通常4個月便可以完成1個世代,1年有2個世代。而陸生螢火蟲則1年才能完成1個世代,幼蟲從卵孵化到蛹要經過6次蛻皮,蛹曆期因種類而不同,最長的可達40多d。成蟲野外壽命一般為3-7d,但也有長達20-30d者。
捕食食性
水栖螢火蟲的幼蟲吃螺類,貝類和水中的小動物,而陸栖的螢火蟲幼蟲則以蝸牛、蛤蝙為食物,有些種類會捕食蛆叫和昆蟲等小動物。很多人對其捕食行為作了研究,研究發現蝸牛的腹足會分泌一種粘液,隻要它爬過地方就會留下痕迹,而陸栖螢火蟲幼蟲利用自己的嗅覺可以發現蝸牛。
在捕食過程中,螢火蟲先爬上蝸牛的貝殼,用3對足将其緊緊抓住,尾足也牢牢吸附在蝸牛殼上,然後用它針狀的上颚攻擊蝸牛的觸角并注入麻醉液,直至蝸牛失去知覺。然後它分泌消化液于蝸牛肉上,再用上颚夾肉,使消化液能充分的将肉分解成流狀的肉靡,然後再吸入肚子裡面。吃完之後,有的螢火蟲還要用尾足粘幹淨自己的身體。螢火蟲幼蟲取食1次可以維持幾天甚至1個月不進食仍能存活。水栖螢火蟲幼蟲則需要在水中完成捕獵過程,然後将獵物拖至岸邊慢慢的享用。
螢火蟲成蟲多數種類隻喝水或吃花粉和花蜜,或者利用幼蟲期貯藏的脂肪,而Photuris屬的雌成蟲也可以捕食,它們捕捉的主要是别的屬或同屬别的種類的螢火蟲雄成蟲,它是所發現的唯一一個成蟲具有捕食習性的屬。在Photuris屬中有12種螢火蟲能分别捕獲2-8種獵物,而最厲害的獵手當數Photuris vesicolor。
它能捕獲11種獵物,堪稱螢火蟲中的“捕食之後’。它們的捕食行為在昆蟲學上被稱為攻擊性拟态,即某個種的雌蟲模仿其它種類的雌蟲發光,引誘它們的雄蟲靠近,然後捕食雄蟲。同時有人發現在被捕食的種類之中,Photinus屬較多,因為這種食物對Photuris、屬的後代是極為有利的,研究表明,取食這些食物它們體内會産生一種Lucibufagin的物質,這種物質有毒,能使它們的卵和幼蟲避免受到一些天敵的傷害。
物種研究
發光原理
螢火蟲的發光是生物發光的一種。螢火蟲的發光原理是:螢火蟲有專門的發光細胞,在發光細胞中有兩類化學物質,一類被稱作螢光素(在螢火蟲中的稱為螢火蟲螢光素(Firefly luciferin)),另一類被稱為熒光素酶。熒光素能在熒光素酶的催化下消耗ATP,并與氧氣發生反應,反應中産生激發态的氧化熒光素,當氧化熒光素從激發态回到基态時釋放出光子。
反應中釋放的能量幾乎全部以光的形式釋放,隻有極少部分以熱的形式釋放,反應效率為95%,甲蟲也因此而不會過熱灼傷。人類到目前為止還沒辦法制造出如此高效的光源。
在蟲的腹部下部有着很多白色斑塊。其實是它的甲殼中對光透明的部分。在内部有一塊白色的膜,可以反射光。所以在日間這個部位呈現白色。
發光的生物學意義:成蟲利用物種特有的閃光信号來定位并吸引異性,借此完成求偶交配及繁殖的使命,少數螢火蟲成蟲利用閃光信号進行捕食,還有一種作用是作為警戒信号,即當螢火蟲受到刺激時會發出亮光。
閃光信号
光作為信息的載體,其中包含的信息量随光載體的修飾程度而變化閃光信号所包含的信息、閃光信号的傳遞、接收都是影響螢火蟲兩性交流的因素。閃光信号的頻率、光譜、強度及這些參數在時間和空間上的分布都可看成信号的編碼。單一閃光信号包含以下參數:光譜組成、發光器的形狀、閃光信号模式和光的運動。
發光器
發光器的形狀及大小通常是螢火蟲種間辨認的基礎,不同螢火蟲發光器的形态差異非常大(圖1)。雄螢發光器一般2節,雌螢發光器1-3節,差異較大,如水栖螢火蟲雄螢發光器2節,第1節發光器位于第5腹節,呈帶狀,第2節發光器位于第6腹節,呈節“V”字形,雌螢僅有1節發光器,帶狀,位于第5腹節。
光譜組成
螢火蟲發出光的顔色是由其體内熒光素的結構及熒光素與熒光素酶相互作用的方式所決定的,螢光光譜具有種特異性,不同種類螢火蟲的光譜不同。大多數螢火蟲發出黃綠色螢光,夜晚中黃綠光所包含的信息容易被同種螢火蟲所接收。在信号傳遞中,黃綠光能盡量減少損耗從而提高信号接收的效率即信噪比。
光的運動
至今還未發現光的運動參與信息的編碼,但在非生物發光的動物中,無論脊椎動物還是無脊椎動物,姿勢是在行為接觸中最為重要和最為直接的視覺信号。螢火蟲雄螢通常在空中飛行,發出種特異性閃光進行求偶,其發光軌迹具有種特異性。雌螢并非根據雄螢的單個閃光脈沖進行種及性别的辨認,而是辨認雄螢飛行時發出的閃光信号序列及閃光軌迹。
閃光信号模式
螢火蟲的閃光模式包含了許多子參數,如雄螢特異性閃光模式、雄螢特異性閃光間隔、雌螢回應時間和雌螢閃光時間不同螢火蟲的閃光信号差異非常大,同種螢火蟲不同行為具有不同的閃光信号,研究發現隻有在雄螢閃光2s時發出一個模拟的回應閃光,才能引誘到雌螢。Photiuus scintillans的雌螢隻對間隔為0.13-0.16的閃光做出回應,而對間隔為0.20-0.34的閃光并不回應。
物種發現
2021年1月,中國、捷克、英國古生物學者在1億年前的緬甸琥珀中發現一種原始的螢火蟲祖先:白垩光螢科(Cretophengodidae)昆蟲。領導此項研究的中科院南古所副研究員蔡晨陽介紹,科研團隊共研究了2萬多塊琥珀化石,從中發現1枚保存較完好的螢火蟲“老祖宗”雄蟲标本。這種遠古昆蟲體長7毫米左右,前端長着一對長長的、有分枝的觸角。與現在相似類群的螢火蟲比,它眼睛更大,頭部更加前伸,身體也更加柔軟。更特别的是,現在螢火蟲的發光部位位于腹部末端,而這種遠古蟲子發光部位則更加靠前,位于腹部前端。通過與現代相似類群螢火蟲的比較,古生物學者們推測,這些螢火蟲‘老祖宗’發光并不是為了求偶,而是為了抵禦螞蟻、青蛙、早期鳥類等捕食者的攻擊。
2021年4月,我國科學家在雲南發現了高山扁螢、祿勸扁螢、巨胸扁螢3個新種和小扁螢、扇窗扁螢、尼泊爾扁螢和黑澤扁螢4個中國新記錄種。
2021年6月21日,成都邛崃市天台山景區工作人員高叔先在景區肖家灣賞螢基地發現一種奇特而罕見的螢火蟲——雌光螢。雌光螢身體金黃、完全無翅、光滑、紡錘型,其體長約80毫米、體寬約13毫米;全身由頭部和11個體節構成,除了前後各2個體節外、其他體節的左右兩側和背中線有發光點,全身共30個發光點,一對觸角和咀嚼式口器清晰可見,眼睛不明顯。
物種文化
發光案例
2014年7月14日,美國田納西州大煙山國家公園的埃爾克蒙特露營地迎來每年一次的螢火蟲繁殖交配季,無數隻螢火蟲在空中飛舞,點亮整個夜空,吸引數千遊客到來觀賞。
拿着紅色手電筒的遊客走在河邊,觀察發光螢火蟲的“求偶儀式”。發光螢火蟲僅存在于東南亞和田納西州大煙山部分地區,它們成年後隻能存活21天,靠發光誘捕獵物和吸引配偶。公園為遊客提供大巴,近距離欣賞發光螢火蟲。
每年大煙山國家公園都會迎來數千遊客,觀看發光螢火蟲點亮夜空的美景。
2015年7月14日晚,在南京紫金山一處樹林中,成群的螢火蟲輕舞飛揚,成為仲夏夜一道柔美的風景線。
故事記述
盛夏的野外,那一閃一滅的光亮,猶如一盞盞神秘莫測的明燈,那掌燈者就是極普通的小生命—螢火蟲。
科學家在漫長的探索過程中,揭示了螢火蟲發光的秘密。原來,在螢火蟲的體内含有螢火酶和螢火素兩種化學物質。前者是具有生物活性的蛋白質,後者是生物體普遍存在的高能化合物ATP。ATP在螢火酶的作用下發生氧化,就會發出不同顔色的螢光。螢光不含紅外線和紫外線,溫度在0.001℃以下,所以稱之為“冷光”。
人類從螢火蟲發光中得到有益的啟示,并着力進行多學科的探索,取得了令人矚目的成果。科學家已成功地從螢火蟲體内分離出螢光酶和ATP,并用化學方法合成了螢光物質,制成了不需電源燈泡的生物光源,在礦井、深水排雷等領域發揮了獨特的作用。科學家還利用這一原理制造出不輻射熱的發光牆或發光體,對手術室或實驗室非常方便。
科學家還設想将螢火酶測定ATP技術應用于癌症前期診斷。隻要把螢火酶和癌細胞結合起來,根據ATP的發光強度就可以診斷癌細胞的擴散情況。實驗還表明,生物體内隻要有一千兆分之一克的ATP,一旦接觸到螢火酶就可發出微弱的輝光。利用這一特性可以制成生物探測器,送入太空後,可以捕獲地外生命的蛛絲馬迹,為人類尋找地外文明做出貢獻。