如何给孩子解释「萤火虫为什么会发光？把萤火虫带回家，可以省电吗」？

虎威将军

如何给孩子解释「萤火虫为什么会发光？把萤火虫带回家，可以省电吗」？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/502277385

同花顺

最近收到好多怎么回答孩子的问题。有些重点在如何结合孩子认知能力的技巧上，有些是纯粹就是常识大人不知道。我想吐槽一下后者，常识性的东西不知道你自己搜一下学一下啊，没有多麻烦，要不为了应付孩子合着你都不想知道，那别人给你详细解释科学问题也没多大意思吧。你是想孩子更理解真实世界还是害怕失去孩子面前的高大形象？
我是学生物的理科生，这个问题科学答案我知道，但我不保证孩子能理解一些复杂的概念，我这里一点儿都不想说。要是我的孩子问我这个问题，我就说“很遗憾，咱们这里没有萤火虫，等有机会我们一起去看看真的萤火虫吧。”
如果你那里恰巧有萤火虫，就抓一只让他养个试试，萤火虫有多大亮儿，好不好养，让他有个感性认识，比一直处理靠想象无尽衍生出来的问题更有意义。

继续前进

刚好今年在高一，在上“ATP”这节课的时候，导入用的就是萤火虫。

（夜晚的萤火虫，真的很美）


https://www.zhihu.com/video/1449395038468345856
萤火虫为什么会发光？

1 “发光”结构

萤火虫成虫发光器的形态差异非常大。

雄性萤火虫发光器一般2节,多位于第5和第6腹节呈带状，第7腹节的一般为两点状
雌性萤火虫发光器 1~3节,呈点状或者带状。

大多数萤火虫发出黄绿色荧光，因为黄绿光在信号传递中能尽量减少损耗从而提高信号接收的效率即信噪比，夜晚容易被其它萤火虫所接收(付新华等，2005)。
2 生物学意义

2.1 成虫发光
2.1.1 两性交配中的信号交流
利于两性求偶交配是目前公认的成虫自发荧光的基本也是最重要的功能。
2.1.2  捕食信号
少数种类萤火虫成虫利用光信号捕食异种萤火虫。
比如美洲一些种类的雌萤，它们能“破译”某些异种萤火虫的特异性闪光信号，进而模拟异种雌萤的回应信号来吸引并捕食雄萤，这种现象称为“侵略性拟态”或“捕食应答”。
2.1.3 警戒防御
某些取食者如蜥蜴取食萤火虫成虫后，会导致厌食甚至致死的现象。
某些萤火虫物种遇到捕食者会反射性出血的现象都被认为是萤火虫的防御措施。
萤火虫体内的某些化学物质类似于蟾蜍毒素的有毒物质(甜菜碱） 或许能解释萤火虫成虫的毒性以及捕食者拒绝捕食萤火虫的原因。
生物荧光也可以作为萤火虫的群体防御信号。
研究证实当萤火虫被蜘蛛捕食时会发出沮丧信号来警告其它个体(李学燕,梁醒财, 2006)。
2.2 幼虫发光
多数幼虫发光器官是分布在第8腹节上的两个点状发光器。
幼虫在晚上活动时会持续发光。人工饲养和观察表明低龄幼虫仅发出微弱的光，大龄幼虫一般持续发光并且发光较强容易观察(李学燕, 2008)。.
幼虫阶段的性器官还未成熟，所以萤科幼虫发出的光信号不是两性交流的信号。
关于幼虫发光的作用有许多推测，研究表明萤火虫的捕食者如家鼠、八哥、蟾蜍、木蚁、虎甲、蜘蛛等拒绝取食萤火虫幼虫。
从某种程度上讲，防御警戒捕食者可能是鞘翅目幼虫发光的生物学功能。

萤火虫如何发光？

萤火虫通过底物荧光素[(S)-2-(6-羟基-2-苯并噻唑)-2-噻唑-4-羧酸]发出从绿（～530nm）到红（～635nm）多种颜色的光122,123]
萤火虫发光的反应机理为以荧光酶为催化剂，在镁离子，三磷酸腺苷(ATP)及氧分子作用下，使荧光素转化为氧化荧光素，随后激发态氧化荧光素衰减为基态，同时辐射出光。

延申：为何萤火虫的“祖宗”会发光

中国科学院南京地质古生物研究所发布信息，中国、捷克、英国古生物学者近日在1亿年前的缅甸琥珀中发现一种原始的萤火虫祖先，即白垩光萤科昆虫。



白垩光萤科昆虫

与现在多数萤火虫为求爱而发光不同，这种萤火虫“老祖宗”发光可能是为了防御和自保。

这种远古昆虫体长7毫米左右,前端长着一对长长的、有分枝的触角。
与现在相似类群的萤火虫比，它眼睛更大,头部更加前伸，身体也更加柔软。
更特别的是,现在萤火虫的发光部位位于腹部末端,而这种远古虫子发光部位则更加靠前，位于腹部前端。
英国《皇家学会生物学分会学报》上

通过与现代相似类群萤火虫的比较，我们推测这些萤火虫‘老祖宗’发光并不是为了求偶，而是为了抵御蚂蚁、青蛙、早期鸟类等捕食者的攻击。”

如何给孩子解释

实物：去到郊外看一看，体验在萤火虫的“光海”中



视频：动态过程+动画



https://www.zhihu.com/video/1449484700344098816

• 参考：
  
• 付新华,王俊刚，Ohba.N等． 2005萤火虫的信号交流体系[J．生态学报，25(6):1439~1444
  
• 李学燕,梁醒财． 2006发光生物和生物荧光[I．昆虫知识，43 ( 5):736~741
  

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同花顺

会用知乎不会用百度吗？孩子奇奇怪怪的问题，家长也不懂，那就和孩子说，哇，这真是个有趣的问题，我也不懂呢，不如我们一起来学习一下？这是一个鼓励孩子提出问题，并且和孩子一起主动学习解决问题的好时机哦

继续前进

因为萤火虫的屁屁构造特殊！虽然可以发光，也有故事说萤火虫多了可以照明！但萤火虫嘴巴很挑剔，宝宝你得按时给它喂饭，喂水，还得领他出去遛弯！给它铲便便，给它带孩子，给它娶媳妇，给它～～～～～

长长的路

萤火虫发光，看上去是不是很浪漫？
萤火虫为什么发光，这个问题的答案也很浪漫!
来自《酷虫》的科普是这样说的：

雄性萤火虫 发光是为了吸引雌性。而当雌性也也对这只发光的雄性感兴趣时，就会发光回应。

这大概就好像电视上的相亲节目，我对你亮灯了，你也对我亮灯了，就配对成功了！

不过除了成虫会发光，萤火虫的幼虫也会发光。 但是现在关于幼虫为什么发光，还没有明确的研究结果。是为了吓唬敌人？为了让同伴看到自己？等小朋友长大了可以研究一下呀。



那么萤火虫又是如何发光的呢？

萤火虫的皮肤是透里的，身体里面有发光层和反射层。 发光层中含有萤光素，萤光素在萤光素酶的作用下与氧气发生反应，就会发光啦！
不得不说，萤火虫发光的方式，还是相当高级的呢！
我们的电灯发光，电能一部份转化成了光，而还有很大一部份呢，转化成了热能溜走了。
我们以前使用的白炽灯，光效只有6-7%左右，也就是使用的电能只有6-7%转化成了光，其他都转化成了热量。  这也是为什么白炽灯总是特别烫。
即使是现在的LED节能灯，也只有30%左右电能转化为光能。[1]
而萤火虫有多强大呢？他们的能量中有98%中转化为了光，只有2%左右成了热量。这也是为什么萤火虫可以发光，但又不用担心自己被烫到了。


把萤火虫带回家可以省电吗？

拿萤火虫当灯用，这事古人还真干过呀！
《晋书·车胤传》中就有这样的故事，

胤恭勤不倦，博学多通。家贫不常得油。夏月则练囊，盛数十萤火以照书，以夜继日焉。

翻译过来就是

晋朝人车胤谨慎勤劳而不知疲倦，知识广博，学问精通。他家境贫寒，不能经常得到灯油。夏天的夜晚，车胤就用白绢做成透光的袋子，装几十只萤火虫照着书本，夜以继日地学习着。

抓几十只萤火虫当灯用，这事可行不？
关于萤火虫光照强度的测试，还真有好奇网友做过，他们的测试结果是10只萤火虫放一起，光照强度是0.5克勒斯，抓100只也只有5克勒斯。 [2]


而小朋友一般阅读的推荐照度在300-500克勒斯，即使以300克勒斯计，需要多少只萤火虫呢？
300/5*100=6000只。 要抓这么多只萤火虫，城里肯定没有，开车去野外抓，省掉的电，可能比费掉的油少很多啊。
而你还要考虑萤火虫是一闪一闪的，所以，抓这么多萤火虫还不是一个稳定光源。
更重要的是，萤火虫的寿命很短，成虫寿命大概只有5天左右，而离开栖息地之后他们在城市里也无法生存繁殖。
古人因为家里穷，买不起灯，囊萤映雪，凿壁偷光这样想办法克服困难的精神虽然值得我们学习，但是当我们有更高效更便捷的方式或得灯光时，用萤火虫当灯光，就不是一个好办法啦！

萤火虫帮我们省电的另一个办法

虽然我们不能把萤火虫带回家，当做电灯使用来省电，但是萤火虫却可以帮助我们用另外一种方式省电。
萤火虫的发光效率高达98%，科学家们也一直在研究这种神奇的小虫子，以提高人类的电灯光转化效率。
有科学家在进行昆虫仿生学研究时就发光，萤火虫的发光器中有种锯齿状排列的鳞片，这使得萤火虫所发射的光线被包裹发光器的角质层反射回发光器的比例更小，让萤火虫看起来更亮了。



模拟萤火虫鳞片的结构设计

科学家们将这种结构应用在LED设计中，最高将LED的光提取率提高了55%。[3]
小小的昆虫，却有着造物主最具智慧的设计。
除了这个，人类从大自然的小生命中学到的还有很多， 从苍耳那里获得灵感发明了尼龙搭扣，跟据螳螂臂发明了锯子，屋厅瓦片模仿了动物的鳞甲，跟据鱼漂造出了潜水艇，学习蝙蝠发明了雷达，学习海豚发明了声纳……
所以，请好好保护我们生存的环境，让地球上的小生命都可以和我们共处。这样等你长大了，就可以有机会带一只萤火虫回家，好好研究一下它的特别之处，学习一下它的好办法来帮我们省电。
<hr/>上面所提到并多次引用的绘本在这里，一本即使是胆小的小朋友也会超感兴趣的数字虫子