電影《阿凡達》勾起了一個茂密的生物發光叢林的想象世界。如今，通過設計遺傳學的進步，人們對可持續發光的樹葉的普遍迷戀正在得到實現。本週在《自然生物技術》雜誌上，科學家們宣佈了創造出能夠產生可見光的植物的可行性。
科學家們發現，在一些蘑菇中發現的生物發光在新陳代謝上與植物中常見的自然過程相似。通過插入從蘑菇中獲得的DNA，科學家們能夠創造出比以前發光得多的植物。
這種生物光可以被科學家用來觀察植物的內部活動。與其他常用的生物發光形式（如螢火蟲）相比，獨特的化學試劑對蘑菇生物發光的維持是不必要的。包含蘑菇DNA的植物從幼苗到成熟，在整個生命週期中都會持續發光。
這一新發現還可用於實用和美學目的，尤其是用於創造發光的花朵和其他觀賞植物。儘管用發光的樹木代替路燈可能會被證明是不可思議的，但這些植物產生了一種愉快的綠色光環，這種光環是從它們的生命能量中散發出來的。
根據文章作者的說法，這些植物每分鐘可以產生超過十億個光子。30年前，科研人員利用螢火蟲的基因幫助創建了第一個發光植物。而這些新植物可以產生更明亮和更穩定的光，這完全體現在它們的遺傳密碼中。
然而，設計新的生物特徵比僅僅將基因部分從一個有機體轉移到另一個有機體要複雜得多。新添加的部件必須在主體中進行代謝整合。對大多數生物來說，生物發光所需的部分並不都是已知的。直到最近，發現了一個完整的部件適用於細菌生物發光。但過去試圖從這些部位創造出發光植物的嘗試並不順利，主要是因為細菌的部分在更復雜的有機體中通常不能正常工作。
一年多前，科學家們發現了蘑菇中維持生物發光的部分。第一次，先進的多細胞生物的生命之光被完全定義。在本報告中，作者揭示了蘑菇生物發光在植物中特別有效。這使得它們能夠使發光的植物至少亮10倍。使用普通相機和智能手機，記錄了來自葉、莖、根和花的綠色照明。此外，在不損害植物健康的情況下，實現了持續的光生產。
儘管蘑菇與植物沒有密切的聯繫，但它們的發光中心是一種有機分子，而這種分子也是植物製造細胞壁所必需的。這種叫做咖啡酸的分子通過四種酶的代謝循環產生光。兩種酶將咖啡酸轉化為發光前體，然後被第三種酶氧化產生光子。最後一種酶將氧化分子轉化回咖啡酸，重新開始循環。
在植物中，咖啡酸是木質素的組成部分，它有助於為細胞壁提供機械強度。因此，它是植物木質纖維素生物量的一部分，是地球上最豐富的可再生資源。咖啡酸是植物代謝的重要組成部分，也是許多其他必需化合物的組成部分，如顏色、香味、抗氧化劑等。儘管名字聽起來很相似，但咖啡酸與咖啡因無關。
通過將光的產生與這個關鍵分子聯繫起來，植物發出的光提供了一個內部代謝指標。它可以揭示植物的生理狀態及其對環境的反應。例如，當一個成熟的香蕉皮放在附近（會釋放乙烯）時，光暈會急劇增加。植物的年輕部分往往發光最明亮，比如花特別明亮。閃爍的模式或光波通常是可見的，這揭示了植物體內通常隱藏的活躍行為。
在這項發表的研究中，作者依靠於菸草植物，因為它們的基因簡單，生長迅速。但蘑菇生物發光的好處廣泛地適用於植物。研究團隊已經證明了其他發光植物的可行性，包括長春花、矮牽牛和玫瑰。可以期待下一步更明亮植物的產生，可能會有新的功能，例如根據人和環境改變亮度或顏色。透過這鮮活的光環，我們甚至可能創造一個像阿凡達那樣色彩斑斕的發光植物世界。
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