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发信人: emacs (被淹死的鱼), 信区: Science
标  题: 《新疆域》泄露真情的闪光
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年06月15日15:55:03 星期六), 站内信件


                       泄露真情的闪光

    要想诊断一种细菌引起的感染，你必须辨认出这种特定的细菌。
你需要取一点血样，让其中所含的细菌繁殖，然后再作研究。过了几
天，你才能说出是何种细菌引起的感染，并且决定采取什么措施。幸
运的是，几年以后，你就可以通过一束闪光——一束不会产生热量的
非常特殊的闪光，在10分钟之内完成以上的检验并得到检验结果。

    在一般情况下，我们总是把光与热联系在一起，如果某一物体加
热到一定程度，它就会发光。达到这一目的通常方法是燃烧，比如煤
与氧的化合产生了热与光。我们或者可以使电流流过一根细的电阻丝，
它就会变热而发光。这种“白炽光”是低效的，因为大部分能量以热
的形式损失掉了。

    近来，我们才学会一种实用方法，即把紫外线照射在某种粉末上，
这种粉末吸收了紫外线，然后把获得的能量以可见光的方式释放放出
去，而只发出很少的一点热量。这种“荧光”比白炽光更为高效。

    不过，在这一领域，大自然已经给我们展示了数百万年。自然界
中存在着一些生命形式，大部分是细菌，而且大多生活在海洋中，它
们发出光线，而完全没有热量，这种现象被称作“生物发光”。在陆
地上这种现象是罕见的，不过有一种萤火虫，它的腹部会周期性地发
出一种朦胧的闪光。萤火虫这样做的原意是作为一种信号，以便相互
交配。对此感兴趣的不仅是生物学家，而且还有化学家，化学家想知
道这种光是如何产生的。

    萤火虫体内含有一种很不寻常的化合物，被称为“荧光素”
（Luciferin，拉丁语，意思是“产生光的”）。在通常情况下，它独
立存在着；不过，在萤火虫体内还存在着一种被称作“荧光素酶”的
物质，使得荧光素很容易与三磷酸腺苷（ATP）的一个分子产生作用。
ATP这种物质存在于所有生命细胞中，从细菌细胞到人类细胞无一例外。

    ATP是一种“高能”化合物，它在细胞中的功能是给需要能量的地
方传输一些能量（这就是它无处不有的原因以及离开它我们就活不了
的原因）。当ATP给荧光素分子传输一些能量后，这一分子就变为一个
略有不同的分子，叫“氧化荧光素”。以这种方式接收了能量的氧化
荧光素是很不稳定的，它有极强的倾向要释放额外的能量，而几乎会
立刻复原为更为稳定的、能量更低的荧光素。

    在生命细胞中，已经形成了各种精力旺盛的分子，通常它们会通
过把能量传递给其他分子的方式释放能量，再一个接一个地传递下去。
正是能量从一个分子到另一个分子的这种传输方法，使得表征生命的
所有复杂的生化反应才得以进行下去。在这个过程中，将会产生一定
数量的热量，对于鸟类与哺乳动物而言，使得它们的体温保持一定的
高度并保持恒定。

    然而，氧化荧光素是一个例外。它的能量不是传递给其他分子，
而是以一次微弱的闪光的方式释放出去，但不发热。这一不寻常的活
动并不一定局限于萤火虫的细胞内部。我们可以很容易地从萤火虫体
内提取荧光素和荧光素酶。如果在这些物质的溶液中加点ATP，荧光素
就会转变为氧化荧光素，而氧化荧光素又会变成荧光素，这样，整个
溶液就开始发光了。

    现在，让我们假定用一很小木棍蘸上一滴尿样，尔后把它放到荧
光素和荧光素酶的混合液中。正常尿液只含有一点或不含ATP，这就意
味着荧光素和荧光素酶的混合液不会发生什么。但是，如果尿道发生
了感染，因而尿液中存在有细菌细胞（因此也有ATP），那么情况将会
怎样呢？在这种情况下，荧光素和荧光素酶的混合物将会发光。

    为了把这种试验做得更细致些，你应该把尿液中可能存在的ATP破
坏掉，只留下细菌细胞中的ATP。你也不要依靠眼睛去观察光线，而是
用一种特制的仪器，它不仅可以探测到很暗的光线，而且还可以准确
地测定光线的亮度。光线越亮，细菌的浓度越高。

    在自然状态下，所有细菌都会提供ATP，因而会引起发光。但是，
我们可以使用抗生素，杀死某些我们不感兴趣的细菌，而只留下我们
感兴趣的细菌，这就使得荧光素-荧光素酶测试更具特异性。

    举例说来，用这种方法，我们可以更快、更准确地对各种的食物
和饮料的细菌污染进行测试。例如，我们可以更加容易地检查鸡与鸡
蛋是否感染有沙门氏菌，这种感染特别糟糕，有时还是致命的。

    仍然还有一种方法，可使试验变得更加实用、更加精确，但其原
理就是如此。


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