當「人間四月天」漸成家喻戶曉的電視節目時，螢火蟲出遊的季節也悄悄來臨，螢火蟲是如何發出點點閃光的呢？除了螢火蟲之外，是不是也有其他生物體會發出閃光呢？這些使得生物體能夠發光的化學物質「長」得什麼模樣、又是怎樣「生」出閃光的呢？且看下文分解。
發光素，英文 luciferin，泛指生物體的發光物質；發光[酉每] ，英文 luciferase，泛指生物體內催化發光反應的酵素，其中[酉每]是一個電腦上不存在的字，音同「梅」，意同「酵素」，在此暫用這種方式表達。
下圖列出數種發光素的化學結構。發光[酉每]分子不在本站討論範圍內。
有沒有發現，它們「長」得很不一樣，至少構成的元素就有差，有的只有碳氫氧 (C,H,O)，有的還多了氮 (N)，螢火蟲的發光素更多了硫 (S)！唯一相同的是，它們都是發光素。
得自不同生物體，具有不同化學結構，但都被稱為「發光素」，區別的方式是把生物名加在「發光素」三個字之前，如螢火蟲發光素，Cypridina發光素，Latia發光素。
簡單來說，生物發光現象是發光素在發光[酉每]的催化下進行氧化反應所產生，如下所示：
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生物發光現象不限於螢火蟲，其他如細菌、蚯蚓、海洋生物也有類似現象，發光原理大致相同，都是生物體內的發光素在酵素催化之下發生氧化反應。
為什麼發光素的英文是 luciferin？Lucifer不是撒旦的名字嗎？根據第二篇參考文獻的說法，這個問題得問Dubois，他是這方面研究的開山始祖，發表論文的年代早在百年以前！ (Dubois, R. Note sur la Physiologie des Pyrophores. Compt. Rend. Soc. Biol. 1885, 37, 559.)。
生物發光的現象蠻普遍的，陸地上、海洋裡都有，昆蟲、魚類、細菌、甲殼類動物、貝類均有發現，其中大家最熟悉的應屬螢火蟲了。
然而光是螢火蟲的發光現象就有很多不同的「版本」，它們具有一或多個發光器，不同品種發不同的光，甚至同一品種的不同個體，乃至同一個體的不同發光器，都可能發出不一樣的閃光，光的顏色從紅到綠都有，發光的目的多半是為了求偶，且有特定的模式。
不同於螢火蟲，一種名為 Cypridina hilgendorfii 的甲殼類動物是在體外產生發光現象，當受到外界刺激時，它會從兩個不同的腺體同時釋出不同的微粒，在水中溶解混合之後，發出燦爛的藍光。
Latia neritoides 是在紐西蘭發現的一種淡水貝類，受外界刺激時分泌出閃亮的黏液。
這些發光現象不僅吸引民眾的目光，也讓科學家們想要一探究竟，這兒所要介紹的是其中的化學部份，即產生發光現象的化學物質。
發光物質究竟是何物？經過搜集材料，萃取，分離，純化，鑑定等步驟，結果如圖一所示，看起來好像沒什麼，其實困難重重。首先，螢火蟲體積有多大？要有多少數量才能從中獲取足量發光素，多到可以定出化學結構？
此外，這些生物都含有保護作用的脂溶性物質，它們對生物很重要，卻不是分離的目的物，必須有效地去除，且不影響到發光素。發光素容易氧化，要用氣體與空氣隔絕，整個實驗要求快速，以免發光素在實驗過程變質。
500克完全乾燥的 Cypridina hilgendorfii 磨碎後以索氏裝置(Soxhlet)萃取，先用苯在減壓狀態 (約 80 mmHg)下迴流 50 小時脫脂，再用甲醇萃取，同時整個裝置需充滿氫氣以防發光物質氧化變質，接下來還是一連串的萃取、加酸處理、管柱分離、再結晶純化…最後僅得到3毫克橘紅色晶體狀沈澱物，即Cypridina發光素。
改良的處理方式以冷凍乾燥法處理，可以自溼重 1公斤的材料得到20毫克發光素結晶。
螢火蟲發光素是從15,000隻蟲體分離得到 9毫克結晶，另一份報導則從12,000隻蟲體分得 5.5毫克發光素。二者材料不同，是不同的螢火蟲，得到的卻是相同的發光素。
對於研究材料的處理，包括乾燥方式(日曬或冷涷)、萃取程序、管柱分離等，都和最終結果息息相關，此階段看似簡單，卻攸關成敗，正如一份人人會做的菜單，即使用相同的素材，但專業廚師和一般人處理的手法及做出的菜肴就是有天壤之別。
研究發光素有點特別需要注意的是化合物的安定性，它們都可能在處理過程就氧化變質，故宜用低溫乾燥法，並用氣體隔開空氣中的氧，處理過程更要迅速確實、速戰速決。
不同的螢火蟲發出不同的光，卻有相同的發光素，研究發現，Photuris, Pyrophorus, Diphotus, Lecontae, Luciola 五個不同屬的螢火蟲都含有同一種發光素，結構如圖一所示，那為何會有不同的發光現象呢？
原因出在發光[酉每]，不同個體有不同的發光[酉每]，導致不同的發光現象。從Photinus pyralis 得到的發光[酉每]的分子量在50,000以上，在此不妨想想，發光素的分子量不到1000，想定出其化學結構已屬勉強，而這些酵素分子比發光素大上數十倍，其困難度可想而知，且這些高分子量的生化分子已超出本站討論的範圍，所以就此打住 。
螢火蟲似乎只有一種發光素，幾種不同海洋生物也有各自不同的發光素，但巧合的是含有相同的「部份結構」(partial structure)，如圖二所示：
Cypridina是一種甲殼類動物，Aequorea是一種水母，Watasenia是一種烏賊，它們的發光素各不相同，但中心部份都是圖二所示的結構，不同的在於R1,R2,R3部份，
發光現象是如何地進行呢？如何研究這個課題呢？從一萬多隻螢火蟲所分離得到的發光素不到十毫克，這樣的量用來定結構可以，要進行發光實驗可能就不夠了，且如何知道生物體內的環境及條件？
化學家使用化學發光(chemiluminescence)的方式來研究生物發光(bioluminescence)機制，以化學合成方式製作與發光素相同或類似結構的化合物，測其光化學反應及動力學的種種數據，推演出生物發光的詳細步驟。
圖三所示為Cypridina發光素的發光反應機制，圖中展示氧是如何接上發光素分子，二氧化碳如何脫離、光如何發出，及最終產物為何，其正確性仍待證實，唯有透過對發光[酉每]的深入研究，方有更進一步確認的可能。
2000, 8, 1.
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