摘要：在人类的认知版图上，我们征服过高山、穿越过沙漠、探索过雨林，却常常忽略那些在自然界中默默闪耀的奇迹。直到科学的目光聚焦至生命的微观维度，才发现人类与自然的对话始终未曾间断。
在人类的认知版图上，我们征服过高山、穿越过沙漠、探索过雨林，却常常忽略那些在自然界中默默闪耀的奇迹。直到科学的目光聚焦至生命的微观维度，才发现人类与自然的对话始终未曾间断。
曾经，我们幻想《阿凡达》中的发光森林，通过浙江大学研究员都浩对发光植物的研究，正在实验室成为现实；成都理工大学邹灏教授的矿物探索，让古人笔下的"夜光杯"被科学解构出新的光芒；而在黑水摄影师蔡佳灵的镜头下，深海里那些"乘风破浪"的浮游幼体揭开了生命演化的神秘面纱......回归自然本质，让我们继续追寻那些点亮科学灵感的生命之光。
01 发光吧！植物们
植物自发光研究，是人类在生命科学领域探索的一条新路径，承载着对自然奥秘的浪漫憧憬。在《阿凡达》的奇幻世界里，荧光森林的枝条垂下星辉，种子如萤火般漫舞夜空，这些曾属于科幻的梦境，如今正在抽枝发芽成为现实。
电影《阿凡达》剧照 图源网络
浙江大学农业与生物技术学院都浩团队研究的第二代发光植物的发光强度达到了1.2×10¹²光子/(min·cm²)，较第一代发光植物提升了约4倍，这就像电影中的科学预告照进现实，这项技术正沿着“开源节流”的技术路径稳步推进。那么，植物自发光的原理究竟是什么呢？
浙江大学第二代发光植物，其亮度高于第一代发光植物约4倍 图源/都浩
关于植物发光的原理，或许对于公众来说，犹如雾里看花。都浩将发光系统比作“植物体内的萤火虫工厂”，只需咖啡酸等原料就能持续运转。通过定向进化技术改造酶活性，科研团队已实现从真菌到高等植物的光能转化，就像为古老的自然法则安装可控开关。更奇妙的是，当我们将发光花卉制成鲜切花，脱离根系的植株仍能持续发光十余日，恍若流萤点点，于无声处绽放生命的微光。
通过萤火虫中的荧光素酶来进行科学研究
这些研究看似充满科幻色彩，实则孕育的是绿色革命的种子。若将植物光效提升至固定太阳能的千分之三，森林就可以充当城市路灯的作用。不止于此，发光植物还有作为环境检测器的潜力，比如当土壤中存在重金属污染时，发光强度会发生改变，这种特性在未来环境检测中大有可为。
发光植物可以应用于多种领域
凝视实验室里发光植株，此刻，我们看到的不仅是科技的奇迹，更是自然与人类智慧的完美融合。都浩在谈及发光植物时，总是憧憬着未来：或许有一天，我们的城市将会被发光的行道树点亮，公园里会生长着五彩斑斓的发光花卉，而这一切，始于科学家对自然界的那一缕微光的追寻与再造。
发光矮牵牛 图源/都浩
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中国国家地理大讲堂
第768位讲师
都浩
浙江大学
研究员
浙江大学农业生物技术学院，研究员、博士生导师。近几年主持国家自然科学基金原创探索项目、面上项目等国家级及省部级项目十余项，以独立通讯作者或第一作者在Nature Food、 Molecular Plant、Plant Cell、Trends in Plant Science、Plant Biotechnol J、Plant Commun等科学期刊发表数十篇论文。
02 来自地球深处的微光
在地球浩瀚无垠的46亿年历史长卷中，矿物如同星辰般点缀其间，而其中有一种矿物以其独特的光彩和神秘的特性，成为大自然赠予人类的珍贵宝藏，它便是萤石。
色彩多变的萤石 博物 2014年11期
萤石，拥有着绚丽多彩的容貌——黄、紫、绿、粉等多种颜色，仿佛大自然精心绘制的调色盘。更令人着迷的是，在紫外线的“轻抚”下，它能绽放出蓝色、紫色、绿色、红色、黄色等多种迷人的光芒。“荧光”之名（fluorescence）便是源于萤石（Fluorite）。
紫色、绿色和黄色的萤石 图源/mindat.org
在常温常压下，矿物本身并不会自主发光，需要外界给予能量，例如紫外线的照射。成都理工大学教授邹灏曾将这种荧光现象生动地比喻成灯泡的发光过程。当灯泡通电时，它会发光，而断电后，光芒会瞬间熄灭。同样地，矿物在受到外界能量激发时发光，当激发能量撤走的瞬间，发光现象也即刻停止，这种现象称为荧光效应。而若撤走能量后光芒仍能持续片刻，则是一种更为罕见的现象，称为磷光效应。
矿物的发光机理
萤石变幻莫测的颜色，主要与矿物中的杂质元素——激活剂（如过渡金属元素或稀土元素）有关。有趣的是，不同产地的萤石因所含稀土元素浓度差异，在紫外光下甚至能呈现截然不同的色彩。
在众多发光矿物中，萤石以其独特的魅力脱颖而出，它拥有丰富的颜色变化，在紫外线照射下会发出蓝、紫色、绿、红或黄色等多彩的荧光。
萤石不仅以绚丽的色彩吸引着人们的目光，还承载着深厚的历史文化底蕴。早在春秋战国时期，传说中的“夜明珠”就与和氏璧齐名，同为诸侯争夺的稀世珍宝，价值连城。地质学家们推测，夜明珠很可能就是具有磷光效应的萤石。
目前世界上最大的夜明珠，直径达1.81米，重达10.08吨，通体为翡翠绿色。 图源网络
萤石的价值远不止于其观赏性和神秘传说，它更是一种全球公认的、极为重要的关键矿产资源。它是冶金工业的助熔剂，化工行业的基础原料，更是新能源、航空航天、电子光学、高端建材以及医药等领域的关键材料。随着我国“双碳”目标的稳步推进，新能源产业的蓬勃发展，对萤石资源的需求正在急剧攀升，资源供给风险也随之显著提升。
萤石资源的利用现状
为满足不断增长的萤石资源需求并保障国家资源安全，邹灏教授带领科研团队长期以来深入重庆、浙江、四川、贵州等地区，开展矿产勘查及矿床成因研究工作。成功总结出热液脉型萤石矿的垂向分带规律，并建立起综合找矿模型。为萤石资源的勘探与开发提供了坚实的理论基础和实践指导。
邹灏及其团队在四川进行萤石矿勘查工作
每一块能够发光的矿石，都记录着地球46亿年的坚韧与浪漫，它们在漫长时光中沉淀，于自然磨砺中绽放光彩。这来自地球深处的恒久微光，仿佛一种无声的启示：愿我们在岁月里沉淀智慧，于挑战中焕发光彩；愿借这份深邃的乐观，解码生命的困境，以内在的喜悦滋养心灵，最终与万物共赴生命的灿烂。
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中国国家地理大讲堂
第769位讲师
邹灏
成都理工大学
教授
成都理工大学教授，博士生导师，入选国家级人才计划青年学者、自然资源部高层次科技创新人才工程科技领军人才、四川省杰出青年科学基金、四川省“天府青城计划”、成都市最美科技工作者等。长期从事构造演化与成矿动力学相关研究工作。受邀担任矿床学Top期刊《Ore Geology Reviews》副主编、共同创办并担任《Ore and Energy Resource Geology》主编等。现已发表学术论文共计130余篇，在Springer Nature出版集团等出版专著3部，教材3部；获自然资源科学技术奖二等奖、绿色矿山科学技术奖一等奖等。
03 当深海向我走来
这是一场在深夜潜入大海的奇妙旅程，镜头下定格的，是那些在暗夜中闪烁的微光——亿万浮游生物的生命图景。这些藏匿于海洋深处的浮游生物，在黑水摄影师蔡佳灵的镜头下，成为了最生动的主角。
正在深夜的海洋中进行拍摄的蔡佳灵 图源/蔡佳灵
在正式踏上黑水摄影之路前，对浮游生物的基本认知是不可或缺的。实际上，大部分浮游生物都有着“垂直迁徙”的习性，它们白日里隐匿于深海的幽邃之中，而当夜幕降临，又会悄然浮上水面。如此日复一日的上下迁徙，恰似一场盛大且规律的海洋晨昏仪式。
浮游生物的昼夜垂直迁徙
在蔡佳灵的镜头下，浮游生物的生命故事如史诗般展开。螃蟹幼体在蚤状阶段，头胸甲的长棘刺如尖锐的矛。待到大眼幼体阶段，那棘刺隐去，复眼炯炯有神，尾巴却还顽皮地拖曳着，仿佛还未准备好完全告别幼时的灵动。
上图为螃蟹发育的第一阶段蚤状幼体 Zoea，下图为螃蟹发育的第二阶段大眼幼体 Megalopa 图源/蔡佳灵
最为令人着迷的，当属那些大胆的“便车客”——船蛸。雄性船蛸体型虽微小如指尖大小，却有着极高的智慧。它们会搭乘着水母、海蝴蝶，甚至海草，在深海的世界里自由畅游。它们有时独自占据一个“座位”，有时又会挤在一起共享一处落脚点，甚至还能够巧妙地将自己伪装成樽海鞘的消化器官，以此来隐匿身形。
“便车客”船蛸伪装成樽海鞘的消化器官 摄影/蔡佳灵
雌性船蛸则更为独特，它们如同找回了章鱼祖先早已遗弃的外壳，再次将卵孕育其中，而这个外壳并非与身体紧密相连，随时可以摘下，恰似一顶华丽的帽子。蔡佳灵的镜头捕捉到雌性船蛸蜕下色素膜，露出白色碳酸钙外壳的瞬间，那一刻，仿佛看到了生命在进化长河中的回溯与前行。
雌性船蛸褪下色素膜露出白色碳酸钙外壳的过程 摄影/蔡佳灵
还有一部分浮游生物终生都在水层中漂游，例如那些拥有透明之躯的海蝴蝶、能够发出幽幽光芒的水母。
浮游的腹足纲动物——海蝴蝶 摄影/蔡佳灵
除此之外，有一类特殊的浮游幼体，它们长大后会呈现出与幼时截然不同的形态，海螺会将 “花瓣” 合拢变为爬行的腹足，比目鱼的双眼则会移到同一侧......就是这样一个个变幻莫测的生命，在完成变态发育之前，都在海洋中自由地漂浮着，享受着生命的初始旅程。
幼时的比目鱼，眼睛在两侧 摄影/蔡佳灵
在这片深邃的海洋 “星空” 之下，蔡佳灵见证了生命的多样与坚韧。她用镜头去诉说，在深邃海洋的温暖怀抱之中，每一个微小生命都演绎着属于自己的独特传奇。而她也深感荣幸，能够成为这场永恒绮梦的记录者，让深海的微光得以在人间绽放。
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中国国家地理大讲堂
第770位讲师
蔡佳灵
2023年度海洋摄影大赛
全球总冠军
黑水摄影师，科普撰稿人。2023年度海洋摄影大赛（Ocean Photographer of the Year）全球总冠军，2024年CCTV五四青年特别纪录片《Z世代青年说》主人公，2025南极深海科考船Falkor（too) 唯一特约记者。
编辑：好一、千阳、依依
制图：柿子
来源：中国国家地理