你是否知道萤火虫的语言

萤火虫是一种具有发光能力的昆虫，常见于夏季和潮湿的环境中。它们通过身体内特殊的生物化学反应，产生能够发出绿色或黄色荧光的光子。萤火虫的发光不需要能量，而是由一个名为“荧光素”的化学物质和酶的作用产生的。萤火虫的荧光是由一些特殊的细胞，称为“萤光细胞”，来产生的。

图1 发光的萤火虫

我们知道萤火虫的发光有许多功能，包括求偶和交配、捕食和防御等。在交配季节，萤火虫通过闪烁发出特定的信息来吸引异性萤火虫。萤火虫的幼虫则会发出发光来吸引猎物或警告天敌。此外，萤火虫也常常被用作象征着浪漫和神秘的昆虫，它们的发光能力在文学和艺术中也经常被描绘和利用。近日日本中部大学应用生物学部的研究员高津英夫和大场裕一教授，以及慶應義塾大学理工学部的南美穂子教授，揭示了萤火虫利用光的“闪烁”进行交流的事实（图2）。本研究成果已于日本时间2月10日（周五）发表在科学出版巨头Springer Nature旗下的科学杂志《Scientific Reports》的电子版上。

图2 萤火虫利用闪烁发光发出求爱信号

萤火虫成虫通过发光来进行雄雌之间的交流。过去的研究表明，它们的光亮度差异是区分同种和异性的信息。这次研究对象是代表日本的萤火虫品种之一的平家萤火虫，平家萤火虫（ヘイケホタル）是分布在日本本土的一种萤火虫，主要分布在关东、近畿和九州等地区。平家萤火虫的特点是雄性萤火虫发出的光具有短暂的"闪烁"效果，这是由于它们的光信号中包含了微秒级的振幅要素。而雌性萤火虫发出的光则是连续的，不具备"闪烁"的特点。

图3 平家萤火虫

平家萤火虫的繁殖季节为6月至7月，繁殖期间雄性萤火虫会在地面或草丛上发光，以吸引雌性萤火虫前来交配。它们的幼虫生活在水中，以小型水生动物为食，经过约一年左右的幼虫期，最终成为萤火虫。平家萤火虫的生存状况受到环境污染和栖息地破坏的威胁，因此被日本列为特别保护生物之一。日本各地也开展了许多保护平家萤火虫的活动，包括对栖息地的保护、建立人工繁殖场等。

我们目前虽然已经观察到雄性和雌性都会发出闪烁发光，但是它们的含义仍不清楚。研究者们首先在爱知县知多郡东浦町的稻田地区录制了野生平家萤火虫的视频，并对其进行了分析。结果发现，停在草上的萤火虫可分为“雄性”、“未交配的雌性”和“已交配的雌性”三种类型，每种类型都显示出不同的发光模式（图2）。 “雄性”会不断闪烁快速的微秒级闪烁光，向“未交配的雌性”靠近。此时，“未交配的雌性”的闪烁没有微光，发光时间也非常短。另一方面，“已交配的雌性”停在草上的闪烁光与雄性相似，且发光时间稍长。因此，我们认为雄性可以通过识别“不闪烁且发光时间短暂”的发光模式来区分交配对象。

我们使用与平家萤火虫相同的黄绿色发光的小型LED灯，通过编程改变了人工萤火虫发光的时间和微光的强度，将该装置安装在野外（图4）。我们将这个装置称为“电子萤火虫” e-firefly。通过统计分析数据，我们发现停在草上的平家萤火虫雄性会被“微弱的微光和短暂的发光时间”吸引（图2）。这支持了我们通过野外观察得出的“雄性通过识别不闪烁且发光时间短暂的发光模式来区分交配对象”的假说。

图4 电子萤火虫

目前对萤火虫的发光通讯的理解是，已经知道时间元素（如发光时间和响应延迟时间）等简单要素与之相关。但是，基于平家萤火虫的野外观察和使用“电子萤火虫”进行的野外实验的统计分析结果表明，毫秒级别的振幅元素“闪烁”也被用作信息。值得注意的是，在全球范围内也已知道像平家萤火虫一样闪烁的萤火虫。可以认为，这些萤火虫也在使用“闪烁”进行通讯。

那么，为什么降落在地面的平家萤火虫雄性会开始发出伴随“闪烁”的发光呢？在飞行时，雄性的发光没有“闪烁”。由未交配的雌性响应雄性的光的情况并未观察到，因此这似乎不是向雌性发出的吸引信号。也许，飞行中的其他雄性会受到牵制信号“我找到了雌性，你不要过来”的影响。

那么，为什么交配后的平家萤火虫雌性会开始像雄性一样发出伴随“闪烁”的发光呢？交配后的雌性需要承担重要的产卵角色。也许，交配后的雌性通过扮演雄性的角色，防止其他雄性通过接近而干扰产卵。

至少以往的简单看法“雌性只是通过发光告诉雄性自己的位置”似乎无法完全解释萤火虫的发光。如果能深入了解萤火虫求偶系统，将有望提供重要线索，有助于平家萤火虫的保护活动，以应对农药喷洒和水田周围环境变化等导致其数量在全国范围内不断减少的问题。

（完）