目前已知拥有生物发光能力、能够自主发光的鱼类超过1500种。科学家仍在不断探究它们的发光原理。

蠕虫、昆虫以及众多海洋生物都具备生物发光特性，涵盖细菌、藻类、水母、甲壳类动物、海星和鲨鱼等。

不同生物的发光方式不尽相同。生物发光的核心是氧气与一种名为荧光素的分子发生化学反应。许多生物会产生荧光素酶这种酶来加快反应速率。部分生物会将荧光素与氧气预先结合在光蛋白中，以此瞬间释放出不同亮度与色彩的光。还有一些生物依靠体内共生的发光细菌来发光。

海洋生物体内专门用于发光的器官被称为发光器。

一项研究发现，在1.5亿年的演化历程中，仅辐鳍鱼类就至少独立演化出生物发光能力27次。

据估算，包括多种鱼类在内，超过75%的深海生物都可以生物发光。琵琶鱼是其中为人熟知的代表，它依靠名为吻触手球的发光球引诱猎物进入口中。其他物种则利用光线捕食或是迷惑捕食者。

发光鱼类体内还长有一类特殊的晶体结构——鸟嘌呤晶体，用以调控光线的传播形态。

不同鱼类的发光器与鸟嘌呤晶体，在数量、分布位置和外形上均存在差异。日本广岛大学的研究者Masakazu Iwasaka开展相关研究并发现，鸟嘌呤晶体的作用不止于反射光线，还会以复杂的方式使光线发生散射。5月26日，相关研究成果发表于《生物界面》。

“我的观测结果以及过往研究均表明，部分鱼类的发光器表面会形成多层鸟嘌呤晶体。本次研究中，我证实这类晶体存在显著的各向异性反射现象，即反射光线会随入射方向的不同产生明显变化。这意味着鸟嘌呤晶体在调控光线传播方向方面，具备一项此前未被发现的功能。”Masakazu Iwasaka表示。

他研究鱼类体内的鸟嘌呤晶体已有二十年。在这项最新研究中，他分析了一种生活在太平洋的深海鱼类——细钻光鱼的发光器。

研究发现，针状的鸟嘌呤晶体聚集分布在该鱼的发光器官周围。当光线照射到鸟嘌呤晶体上时，其特殊外形会让光线产生散射，原理与物理学家牛顿用来证明白光由多种色光组成的玻璃三棱镜一致。

“在早期研究中我发现，金鱼体内的鸟嘌呤晶体如同微型镜面，因晶体存在轻微倾角而产生各向异性反射。与之不同，本次研究中长径比更大的晶体更近似于三棱镜，主要作用是偏折光线，而非单纯反射光线。这类晶体的层状排布还具备光子晶体的相关特性。”Masakazu Iwasaka解释道。

该研究不仅揭示了发光生物复杂的发光机制，也有望为高性能光子器件的设计提供参考。这类器件可充分利用并回收散射光，而非仅对发射光进行反射。这种借鉴生物特性研发工程技术的方式被称作仿生学。

“深海鱼类样本获取难度极大，但这项研究极具价值。对不同鱼类体内鸟嘌呤晶体展开研究，将会挖掘出大量可供仿生学应用的宝贵知识。”Masakazu Iwasaka说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1116/6.0005382