生物発光の説明：光を発する生物の化学

夏の野原で点滅するホタルと暗いビーチで光る波は、両方とも同じ基本的なプロセスの例です：生物が熱ではなく化学によって独自の光を生成しています。科学者はこれを生物発光と呼び、地球上で最も広く見られる生物学的光生成の形式の1つです。

化学反応：ルシフェリン、ルシフェラーゼ、酸素

ロンドン自然史博物館によると、生物発光は、ルシフェリンと呼ばれる分子が酸素と反応し、光の形でエネルギーを放出するときに発生します。反応は通常、プロセスを加速する酵素ルシフェラーゼ、または一部の生物では、カルシウムイオンと共に機能する関連タンパク質フォトプロテインが必要です。

アメリカ国立海洋大気庁（NOAA）は、すべての生物発光生物は酵素と基質の間の反応に依存していますが、異なる種は異なる化学組み合わせを使用していると指摘しています。NOAAは、この多様性は光を生成する能力が単一の共通祖先からではなく、複数回独立して進化したことを示唆していると述べています。

光の色は、ルシフェリンの正確な構造と周囲のタンパク質に依存します。自然史博物館とナショナルジオグラフィック教育の両方は、ほとんどの海洋生物は青または緑色で光るのは、これらの波長が海水を通じて最も遠くまで伝わるためであり、陸上のホタルは黄色の光を生成し、ルーズジョウオニアンコウウオなどのいくつかの深海魚は、深海の他のほとんどの動物が見ることができない稀な赤色光を放出していると指摘しています。

生物が光を生成する理由

NOAAと自然史博物館の研究者は、生物発光の用途を数カテゴリーに分類しています：食物を見つけること、配偶者を引き付けたりシグナルを送ること、および捕食者からの防御。一部の種はこれらの機能の複数の組み合わせを行います。

• 狩猟：深海のアンコウは、ナショナルジオグラフィック教育によると、好奇心旺盛な獲物を引き寄せるために、口の前で発光する疑似餌と呼ばれる器官（エスカ）をぶら下げています。
• 配偶者引き付け：オスのホタルはナショナルジオグラフィック教育によると、メスに信号を送るために種固有のパターンで点滅します。
• 防御：斧魚はナショナルジオグラフィック教育によると、下側の淡い光を上から見える暗い光と一致させることで「逆光」を使用し、下から捕食者が見上げても輪郭が見えないようにしています。
• 捕食者を驚かせる：いくつかのイカは突然に点滅して攻撃者を驚かせ、バンパイアイカはナショナルジオグラフィック教育によると、インクの代わりに発光するスライムを噴出します。

生物発光が最も一般的な場所

NOAAは、海の200～1,000メートル（656～3,280フィート）の深さに住む動物の80%が生物発光していると述べています。自然史博物館は異なるゾーンに対して、より高い推定値を与え、海の薄明帯に住む生命の最大90%が何らかの形で光を生成していると述べています。陸地では、生物発光は比較的まれであり、ホタルから最も一般的に知られており、いくつかのグローワーム、および自然史博物館によると、淡い緑色の光を発する約75種のキノコが見られます。

NOAAの海の事実ページは、未解決の科学的質問を指摘しています：研究者は生物発光が海洋環境では一般的であるが本質的に淡水湖と川に存在しない理由をまだ完全に説明していません。また、形質が異なる系統全体で独立してどのように、そして何回進化したのかを正確に特定していません。

注目すべき例

ホタルとアンコウの先では、いくつかの他のケースが生物発光生命の範囲を示しています。渦鞭毛藻—単細胞プランクトン—は、ナショナルジオグラフィック教育によると、波または水中の動きによって乱されるときに青緑色の光のフラッシュを生成し、この効果は時々夜間に光る海岸として見えます。発光細菌のコロニーによって作成された大規模な持続的な発光パッチは「乳白色の海」として知られており、ナショナルジオグラフィック教育によると、熱帯海域では衛星によって検出されるほど十分に明るい場合があります。ハワイコウイカなどの一部の種は光を自分で生成しておらず、自然史博物館によって説明される共生関係でビブリオ・フィッシェリを含む生物発光細菌のコロニーを宿主にしています。

これらすべてのケースにおいて、基本的な化学は同様です—ルシフェリンが酸素と反応し、ルシフェラーゼまたはフォトプロテインによって触媒される—ただし、特定の分子、色、および生物学的目的は系統によって異なり、NOAAと自然史博物館によって識別されたこの形質の多くの別々の起源を反映しています。