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這么美麗的熒光海 居然是赤潮的罪魁禍?zhǔn)?？?/h1>
來源：科學(xué)大院微信公眾號
最近大連海邊又雙叒叕出現(xiàn)了神奇的熒光海,，很多小伙伴都跑去海邊欣賞,，海浪拍打在岸邊沙灘上,，化成一道藍(lán)色海岸線,，海浪拍打在礁石上,，藍(lán)色的星星點點像是繁星落到大海中,。不過，這夢幻般的景象是怎么形成的呢,？
圖1藍(lán)色海岸線
圖2發(fā)光的礁石
熒光海中夜光藻
熒光海中最常見的發(fā)光生物是夜光藻（Noctiluca scintillans）,，它是浮游甲藻的一種,，主要分布在溫帶和亞熱帶近岸水域,，屬于常見藻類。
我國所見的夜光藻種類是紅色夜光藻,，有紅色夜光藻海域,，在白天看上去會泛淡紅色,，這是它的伴生藻類引起的顏色。其實紅色夜光藻沒有色素體,，它是一種異養(yǎng)生物（非光合作用）,，通過吞噬浮游生物,、硅藻,、其他甲藻、魚卵和細(xì)菌為生,。
圖3礁石周圍的夜光藻
單反相機長曝光拍出來的熒光海是夢幻的（圖3）,，而在光學(xué)顯微鏡下的夜光藻是胖嘟嘟的（圖4）。
圖4顯微鏡下的夜光藻
夜光藻長著圓球形的身體,，高度囊泡化,，有一個能輕微活動的觸手，能將外界小型浮游植物或有機顆粒送入胞口內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)形成食物泡進行消化,。其原生質(zhì)集聚于胞口附近，原生質(zhì)中有一個核。它們個頭較小,，其細(xì)胞直徑為0.15至2毫米，在白天人們用肉眼也能發(fā)現(xiàn)它們的存在,。
夜光藻為什么能發(fā)光,？
夜光藻發(fā)光其實是一種保護機制，它的天敵是橈足類節(jié)肢動物,，突然發(fā)光可以嚇退它們，或者用光線把更大的動物引來,，先把橈足類動物吃掉,。
目前已知的生物發(fā)光體系的發(fā)光機理分為兩大類,，一類是熒光素—熒光素酶體系，另一類是由Ca2+觸發(fā)發(fā)光蛋白機制,。夜光藻的發(fā)光機制屬于前者,。
在熒光素-熒光素酶體系中,，發(fā)光底物熒光素（Luciferin）和熒光素酶（Luciferase）是分開的。當(dāng)夜光藻表面受到外界壓力刺激,，會產(chǎn)生一系列的信號分子,，使得熒光素在熒光素酶的作用下，被氧氣氧化產(chǎn)生高能量的含氧熒光素,，接下來釋放能量,，變成氧化熒光素，在此過程中大部分能量轉(zhuǎn)化為光（圖5）,，在這個過程中熒光素酶是可以反復(fù)利用的,，只會消耗熒光素底物。陸地上的昆蟲,、蠕蟲,、細(xì)菌和海洋中的軟體動物、細(xì)菌,、魚類等發(fā)光生物的發(fā)光機理都是這樣的,。
圖5 熒光素酶體系發(fā)光機理（Tsarkova A S et al,。， 2016）
由Ca2+觸發(fā)發(fā)光蛋白機制,，它主要特征是在發(fā)光前底物和發(fā)光蛋白是不分離的,。例如，發(fā)光水母在有氧和無氧的條件下均能發(fā)光,，是因為水母體內(nèi)存在水母發(fā)光蛋白（aequorin）,。發(fā)光蛋白復(fù)合體是由輔基蛋白和腔腸素（coelenterazine）分子通過過氧鍵鏈接形成的，Ca2+與發(fā)光蛋白復(fù)合體上的輔基蛋白（protein）結(jié)合后,，發(fā)光蛋白復(fù)合體分解成脫輔基蛋白（apoprotein）和含有二氧雜環(huán)丁酮（dioxetanone）結(jié)構(gòu)的腔腸素分子,，在釋放CO2后，形成酰胺腔腸素（coelenteramide）并伴有發(fā)光,。脫輔基蛋白在完成這一系列反應(yīng)后還可以繼續(xù)與腔腸素結(jié)合形成發(fā)光蛋白復(fù)合體,，輔基蛋白是可以重復(fù)使用的。
圖6 光蛋白酶體系發(fā)光機理（Tsarkova A S et al。,， 2016）
什么時候能看到熒光海,？
夜光藻種群動態(tài)受到水文要素（溫度、鹽度等）、生物要素（中型浮游動物等）和氣象要素（風(fēng)速,、風(fēng)向等）等的影響,。食物對紅色夜光藻的生長尤為重要，但在不同水域其影響有較大的差異,。下面以大連為例,，看看什么時候會出現(xiàn)熒光海現(xiàn)象：
水溫：紅色夜光藻適溫范圍為10-25℃,，在大連四月底至五月初是觀看熒光海的最佳時期,。入夏之后隨著氣溫的升高，大量夜光藻會死亡,。
風(fēng)向：要有往陸地方向刮的風(fēng),。大連的大黑石和小黑石海域?qū)儆诓澈＃虼嗽诠伪憋L(fēng)時候,，北風(fēng)將夜光藻吹到岸邊區(qū)域,，觀察到熒光海的幾率會增加；而大連黑石礁海域?qū)儆邳S海,，所以刮南風(fēng)時候在黑石礁出現(xiàn)熒光海的概率大一些（圖7）,。
圖7大連觀看熒光海的地點（來源：百度地圖）
地點：一般會出現(xiàn)在海灣。海灣更利于熒光藻的聚集和繁殖,，一片三面環(huán)陸的海洋是觀看熒光海的最佳地點,。
潮汐：漲潮的時候熒光現(xiàn)象更明顯。由于夜光藻發(fā)出熒光需要外界的擾動,，在漲潮的時候海浪較大的擾動會使夜光藻發(fā)光,。而退潮的時候，大量近海的夜光藻會遺留在沙灘上,，這時候在沙岸上散步會留下夢幻的藍(lán)色腳印,。也可以利用夜光藻在沙灘上“作畫”（圖8）。
圖8用手在沙灘上畫出的“熒光心形”
圖9海中的夜光藻
鹽度：下過大雨之后不宜觀看熒光海,。夜光藻的最適鹽度應(yīng)在29-33之間,，種群主要分布于海水表層，下過暴雨或梅雨季節(jié)表層水體鹽度急降,，這對夜光藻種群具有巨大的破壞力,。
熒光海=赤潮？
有人認(rèn)為：夜光藻對污染很敏感,，它們生活在清潔的水體環(huán)境中,，因此熒光海現(xiàn)象只會出現(xiàn)在污染較少的海灣,。
圖10（來源：某攝影公眾號截圖）
其實事實恰恰相反！
雖然夜光藻本身不具有毒性，但是它的出現(xiàn)正代表了海洋環(huán)境的惡化,！海水富營養(yǎng)化,，使得夜光藻作為食物的細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌和單細(xì)胞藻類數(shù)量增加,，有可能造成夜光藻的爆發(fā)性增長,，從而形成赤潮。
赤潮,，又叫紅潮,，是一種水華現(xiàn)象。它是海洋災(zāi)害的一種,，是指海洋水體中某些微小的浮游植物,、原生動物或細(xì)菌，在一定的環(huán)境條件下突發(fā)性增殖和聚集,。
圖11赤潮爆發(fā)時大量魚類死亡（來源于網(wǎng)絡(luò)）
夜光藻赤潮對海洋生態(tài)有著巨大的負(fù)面影響,。
夜光藻赤潮暴發(fā)時，大量細(xì)胞黏附在魚的鰓部,，導(dǎo)致魚類因窒息而大量死亡,，而死亡魚類的降解過程大量消耗溶解氧、并釋放硫化氫等有毒物質(zhì),，對水體環(huán)境造成破壞,。
有毒物質(zhì)在魚、貝類體內(nèi)積累,，人食用之后可能引起中毒或死亡
夜光藻會攝食魚卵,，造成漁業(yè)產(chǎn)量下降。
夜光藻增加還會改變浮游植物群落結(jié)構(gòu),，它們對硅藻和橈足類糞便的攝食,，阻止了硅藻和橈足類糞便的沉降，不利于被固定的有機碳最終被儲存在相對穩(wěn)定的碳儲庫中（如埋藏在海底,，變成不易降解的形式等）,。
看來，熒光海雖然美麗,，卻是人類不愿意看到的景色呢,！
（本文夜光藻的照片皆為作者拍攝，請勿盜用）
參考文獻：
1,、 Tsarkova A S,， Kaskova Z M， Yampolsky I V,。 A Tale Of Two Luciferins： Fungal and Earthworm New Bioluminescent Systems[J],。 Accounts of Chemical Research， 2016， 49（11）：2372-2380,。
2,、 Harrison P J， Furuya K,， Glibert P M,， et al。 Geographical distribution of red and green Noctiluca scintillans[J],。 Chinese Journal of Oceanology and Limnology,， 2011， 29（4）：807-831,。
3,、 Miyaguchi H， Fujiki T,， Kikuchi T,， et al。 Relationship between the bloom of Noctiluca scintillans and environmental factors in the coastal waters of Sagami Bay,， Japan[J],。 Journal of Plankton Research， 2006,， 28（3）：313-324,。
4、楊穎,，張逢春,。熒光素酶的分類、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用[J],。北華大學(xué)學(xué)報（自然）,，2006，7（5）：411-415,。
5,、宋書群，李才文,，孫軍,。夜光藻有性繁殖研究進展[J]。生態(tài)學(xué)報,，2016,，36（9）：2451-2459。
6,、 Lapointe M,， Morse D,。 Reassessing the role of a 3‘-UTR-binding translational inhibitor in regulation of circadian bioluminescence rhythm in the dinoflagellate Gonyaulax。[J],。 Biological Chemistry,， 2008,， 389（1）：13,。
(責(zé)任編輯：路子康 CN078)
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圖1藍(lán)色海岸線
圖2發(fā)光的礁石
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熒光海中最常見的發(fā)光生物是夜光藻（Noctiluca scintillans）,，它是浮游甲藻的一種,，主要分布在溫帶和亞熱帶近岸水域,，屬于常見藻類。
我國所見的夜光藻種類是紅色夜光藻,，有紅色夜光藻海域,，在白天看上去會泛淡紅色,，這是它的伴生藻類引起的顏色。其實紅色夜光藻沒有色素體,，它是一種異養(yǎng)生物（非光合作用）,，通過吞噬浮游生物,、硅藻,、其他甲藻、魚卵和細(xì)菌為生,。
圖3礁石周圍的夜光藻
單反相機長曝光拍出來的熒光海是夢幻的（圖3）,，而在光學(xué)顯微鏡下的夜光藻是胖嘟嘟的（圖4）。
圖4顯微鏡下的夜光藻
夜光藻長著圓球形的身體,，高度囊泡化,，有一個能輕微活動的觸手，能將外界小型浮游植物或有機顆粒送入胞口內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)形成食物泡進行消化,。其原生質(zhì)集聚于胞口附近，原生質(zhì)中有一個核。它們個頭較小,，其細(xì)胞直徑為0.15至2毫米，在白天人們用肉眼也能發(fā)現(xiàn)它們的存在,。
夜光藻為什么能發(fā)光,？
夜光藻發(fā)光其實是一種保護機制，它的天敵是橈足類節(jié)肢動物,，突然發(fā)光可以嚇退它們，或者用光線把更大的動物引來,，先把橈足類動物吃掉,。
目前已知的生物發(fā)光體系的發(fā)光機理分為兩大類,，一類是熒光素—熒光素酶體系，另一類是由Ca2+觸發(fā)發(fā)光蛋白機制,。夜光藻的發(fā)光機制屬于前者,。
在熒光素-熒光素酶體系中,，發(fā)光底物熒光素（Luciferin）和熒光素酶（Luciferase）是分開的。當(dāng)夜光藻表面受到外界壓力刺激,，會產(chǎn)生一系列的信號分子,，使得熒光素在熒光素酶的作用下，被氧氣氧化產(chǎn)生高能量的含氧熒光素,，接下來釋放能量,，變成氧化熒光素，在此過程中大部分能量轉(zhuǎn)化為光（圖5）,，在這個過程中熒光素酶是可以反復(fù)利用的,，只會消耗熒光素底物。陸地上的昆蟲,、蠕蟲,、細(xì)菌和海洋中的軟體動物、細(xì)菌,、魚類等發(fā)光生物的發(fā)光機理都是這樣的,。
圖5 熒光素酶體系發(fā)光機理（Tsarkova A S et al,。， 2016）
由Ca2+觸發(fā)發(fā)光蛋白機制,，它主要特征是在發(fā)光前底物和發(fā)光蛋白是不分離的,。例如，發(fā)光水母在有氧和無氧的條件下均能發(fā)光,，是因為水母體內(nèi)存在水母發(fā)光蛋白（aequorin）,。發(fā)光蛋白復(fù)合體是由輔基蛋白和腔腸素（coelenterazine）分子通過過氧鍵鏈接形成的，Ca2+與發(fā)光蛋白復(fù)合體上的輔基蛋白（protein）結(jié)合后,，發(fā)光蛋白復(fù)合體分解成脫輔基蛋白（apoprotein）和含有二氧雜環(huán)丁酮（dioxetanone）結(jié)構(gòu)的腔腸素分子,，在釋放CO2后，形成酰胺腔腸素（coelenteramide）并伴有發(fā)光,。脫輔基蛋白在完成這一系列反應(yīng)后還可以繼續(xù)與腔腸素結(jié)合形成發(fā)光蛋白復(fù)合體,，輔基蛋白是可以重復(fù)使用的。
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潮汐：漲潮的時候熒光現(xiàn)象更明顯。由于夜光藻發(fā)出熒光需要外界的擾動,，在漲潮的時候海浪較大的擾動會使夜光藻發(fā)光,。而退潮的時候，大量近海的夜光藻會遺留在沙灘上,，這時候在沙岸上散步會留下夢幻的藍(lán)色腳印,。也可以利用夜光藻在沙灘上“作畫”（圖8）。
圖8用手在沙灘上畫出的“熒光心形”
圖9海中的夜光藻
鹽度：下過大雨之后不宜觀看熒光海,。夜光藻的最適鹽度應(yīng)在29-33之間,，種群主要分布于海水表層，下過暴雨或梅雨季節(jié)表層水體鹽度急降,，這對夜光藻種群具有巨大的破壞力,。
熒光海=赤潮？
有人認(rèn)為：夜光藻對污染很敏感,，它們生活在清潔的水體環(huán)境中,，因此熒光海現(xiàn)象只會出現(xiàn)在污染較少的海灣,。
圖10（來源：某攝影公眾號截圖）
其實事實恰恰相反！
雖然夜光藻本身不具有毒性，但是它的出現(xiàn)正代表了海洋環(huán)境的惡化,！海水富營養(yǎng)化,，使得夜光藻作為食物的細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌和單細(xì)胞藻類數(shù)量增加,，有可能造成夜光藻的爆發(fā)性增長,，從而形成赤潮。
赤潮,，又叫紅潮,，是一種水華現(xiàn)象。它是海洋災(zāi)害的一種,，是指海洋水體中某些微小的浮游植物,、原生動物或細(xì)菌，在一定的環(huán)境條件下突發(fā)性增殖和聚集,。
圖11赤潮爆發(fā)時大量魚類死亡（來源于網(wǎng)絡(luò)）
夜光藻赤潮對海洋生態(tài)有著巨大的負(fù)面影響,。
夜光藻赤潮暴發(fā)時，大量細(xì)胞黏附在魚的鰓部,，導(dǎo)致魚類因窒息而大量死亡,，而死亡魚類的降解過程大量消耗溶解氧、并釋放硫化氫等有毒物質(zhì),，對水體環(huán)境造成破壞,。
有毒物質(zhì)在魚、貝類體內(nèi)積累,，人食用之后可能引起中毒或死亡
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夜光藻增加還會改變浮游植物群落結(jié)構(gòu),，它們對硅藻和橈足類糞便的攝食,，阻止了硅藻和橈足類糞便的沉降，不利于被固定的有機碳最終被儲存在相對穩(wěn)定的碳儲庫中（如埋藏在海底,，變成不易降解的形式等）,。
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參考文獻：
1,、 Tsarkova A S,， Kaskova Z M， Yampolsky I V,。 A Tale Of Two Luciferins： Fungal and Earthworm New Bioluminescent Systems[J],。 Accounts of Chemical Research， 2016， 49（11）：2372-2380,。
2,、 Harrison P J， Furuya K,， Glibert P M,， et al。 Geographical distribution of red and green Noctiluca scintillans[J],。 Chinese Journal of Oceanology and Limnology,， 2011， 29（4）：807-831,。
3,、 Miyaguchi H， Fujiki T,， Kikuchi T,， et al。 Relationship between the bloom of Noctiluca scintillans and environmental factors in the coastal waters of Sagami Bay,， Japan[J],。 Journal of Plankton Research， 2006,， 28（3）：313-324,。
4、楊穎,，張逢春,。熒光素酶的分類、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用[J],。北華大學(xué)學(xué)報（自然）,，2006，7（5）：411-415,。
5,、宋書群，李才文,，孫軍,。夜光藻有性繁殖研究進展[J]。生態(tài)學(xué)報,，2016,，36（9）：2451-2459。
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