佩妮从来没有为我做过什么。如果你告诉我，有一天我会花50多美元买一株矮牵牛花，我一定会眼珠子都要掉出来。但这种植物很特别。这朵牵牛花在黑暗中发光。
今年4月，总部位于爱达荷州的生物技术初创公司Light Bio向全美各地运送了5万台工厂，我的工厂就是其中之一。它被称为“萤火虫”矮牵牛花，它含有来自生物发光蘑菇的基因，使它不断发光。在宣布矮牵牛花到来的新闻稿中，有一张照片是一位女士安详地凝视着一大堆鲜花，这些鲜花被点亮了，就像超大的夜光星星。
我想，这是个巧妙的把戏。
我也想知道萤火虫牵牛花是否不仅仅是一个诡计。虽然这似乎无关紧要，但也许其中有一些我没有想到的含义。至少，这种植物可能会让我——一个非常欣赏植物的人(但有点植物学上的势利小人)——对矮牵牛花的看法有所不同，矮牵牛花是加油站和豪宅里常见的观赏植物。
我决定多学点东西。于是我付了53美元(29美元用于工厂，24美元用于运输)，下了订单。
生物发光是生物发出的光。它是由生物体内的化学反应产生的(不像夜光贴纸的磷光，在发光之前需要用光充电)。生物发光很普遍，尤其是在海洋中:有细菌、海螺、虾、鱼和鱿鱼会发光。陆生植物包括一些昆虫和蠕虫以及真菌。
科学家们已经精确地找出了与少数几种生物发光有关的化合物。但在大多数情况下，发光反应的基本原理是相同的:它需要燃料、氧气和催化剂来进行反应。在生物发光研究中，燃料被称为荧光素，催化剂被称为荧光素酶。荧光素酶有助于向燃料中添加氧气，将其转化为一种非常活跃的高能化合物。当这种过度兴奋的荧光素放松时，它就会发光。
这种产生光的能力在生命之树上的数百个属中都有记载。科学家认为它在不同的谱系中独立进化，可能超过94次。
生物体以各种方式利用生物发光。对萤火虫来说，这是一种吸引异性的信号。有些鱼用它来引诱猎物。其他动物，如吸血乌贼，可以排出一团发光的粘液，用它来分散或迷惑捕食者。在许多血统中，释放光可能作为一种解毒策略而出现。当氧气处于反应状态时，它可以跳穿细胞并破坏分子。这表明许多荧光素首先是抗氧化剂;它们的主要作用是清除新陈代谢过程中产生的有害氧气。
生物发光真菌早就引起了人们的注意。公元前4世纪，亚里士多德注意到真菌在黑暗中可以“燃烧和闪闪发光”。几个世纪后，老普林尼在他百科全书式的《自然史》中提到了一种生长在树上的蘑菇发出的“灿烂的光”。但直到最近，没有人确切地知道真菌是用什么作为燃料或催化剂，甚至没有人知道所有发光的真菌是否都以同样的方式发光。
经过一个多世纪的研究，对燃料和催化剂分子的寻找在2017年达到高潮，此前来自美洲的一个斗志旺盛的团队和俄罗斯一个关系密切的实验室进行了长达数年的国际竞赛。然而，在此之前，科学家们一直在试图解开生物发光的奥秘。
在19世纪80年代，法国生理学家Rapha?l Dubois正在研究一种火甲虫属的点击甲虫，它是最亮的生物发光昆虫之一。杜布瓦把甲虫发光的部分放在冷水里磨碎。他们发光，然后消失了。然后他在沸水中做了同样的实验:没有发光。但当他把热的混合物加入冷的混合物中，混合物就会发光。杜布瓦(他后来创造了荧光素和荧光素酶这两个术语)意识到这个反应需要催化剂和燃料。只有冷水中含有有效的催化剂——煮沸破坏了它。但无论是热萃取物还是冷萃取物，都含有能在煮沸后存活下来的燃料。将热提取物添加到冷提取物中，为具有功能催化剂的提取物提供了新鲜燃料-因此它产生了光。
几十年后，科学家们用生物发光真菌进行了这种热/冷实验，但燃料和催化剂的身份仍然困扰着他们。
旧金山州立大学(San Francisco State University)退休研究员、真菌学家丹尼斯·德斯贾丁(Dennis Desjardin)说，大约有130种真菌是生物发光的。真菌一生中大部分时间都是由丝状细丝组成的网，这种真菌的菌丝会发光，尽管它经常隐藏在腐烂的木头里，但它们中的许多都生长在腐烂的木头里。在有蘑菇的物种中，蘑菇也会发光。
2005年，Desjardin开始与巴西圣保罗大学的化学家Cassius Stevani合作，后者正在研究真菌是如何发光的。斯特瓦尼和当时的研究生安德森·奥利维拉(Anderson Oliveira)改进了杜布瓦的热/冷实验，加入了各种细胞化学物质来润滑反应。在完善了方案之后，斯特瓦尼想用不同种类的真菌进行热/冷实验，一种用于冷环境，另一种用于热环境。这些跨物种实验表明，不同的真菌使用相同的催化剂和燃料，这表明生物发光在真菌谱系中只进化了一次，斯特瓦尼和德斯贾尔丁在2012年报道。
“这非常重要，”斯特瓦尼说。“它说，哦，如果你在俄罗斯或亚洲有一种真菌，你可以用它来研究其机制，因为所有真菌都是一样的。”
与此同时，生物化学家伊利亚·扬波尔斯基(Ilia Yampolsky)，现在在莫斯科的俄罗斯科学院(Russian Academy of Sciences)领导一个实验室，也对真菌光的踪迹很感兴趣。斯特瓦尼听到了风声。“我当然疯了，因为我研究了15年，”他说。2015年，他写信给扬波尔斯基，建议他们合作。但是俄国人在荧光素方面已经打败了斯特瓦尼;他们的发现还没有发表。
这种真菌燃料原来是由一种叫做hispidin的抗氧化剂制成的。Hispidin不仅存在于真菌中，也存在于许多植物中。斯特瓦尼说:“我花了15年时间寻找的分子——我向窗外望去，看到植物中含有这种分子。”
从那时起，两个团队开始合作。(“我们与俄罗斯勾结，”德雅尔丹开玩笑说。)他们确定了导致发光反应的生化装配线的细节，并在2018年的《美国国家科学院院刊》上共同发表了研究结果。斯特瓦尼给真菌催化剂起了名字。他称之为luz，在葡萄牙语中是光的意思。
在创造发光矮牵牛的过程中，一个关键的发现是真菌中荧光素燃料的来源。它是由一种叫做咖啡酸的前体化合物制成的，咖啡酸在真菌和植物中很常见。真菌制造光的流水线形成了一个整齐的循环——咖啡酸被转化为hispidin, hispidin被转化为燃料，燃料发出光，剩下的化合物被转化回咖啡酸——重新开始这个循环。斯特瓦尼意识到，如果植物也能产生这种前体化合物，那么几乎任何植物都可以被改造成发光的。他对扬波尔斯基也是这么说的。“我说，‘伙计，我们有一个使用咖啡酸的系统。我们可以改造任何植物!’”
扬波尔斯基回答说:“你以为我在做什么?”
俄罗斯合成生物学家卡伦·萨尔基斯扬(Karen Sarkisyan)领导了这项细致的工作，对参与发光反应的各种基因进行了分类。然后，研究小组将这些基因(来自发光真菌Neonothopanus nambi)植入烟草植株。这招奏效了:嫩芽、花蕾、花朵甚至根茎都在发光。“植物和真菌说着相似的生化语言，”Sarkisyan说，他是Light Bio的联合创始人，现在在伦敦帝国理工学院经营着自己的实验室。“因为它们说着相似的生化语言，所以将真菌的代谢途径转化为植物就相对容易了。”
通过更多的基因修补，Sarkisyan、Yampolsky和他们的合作者成功地诱导其他植物——菊花、杨树、拟南芥和矮牵牛——发光。到2023年9月，美国农业部已经批准了Light Bio公司制造和销售发光牵牛花的请求，并确定这种植物不会造成太大风险。五个月后，我下了订单。
我的矮牵牛花送来的时候，看上去就像一株普通的白色花园矮牵牛花。它有点凌乱;我把它移植到一个新的花盆里，给它浇了一些水，并在一个阳光明媚的窗户旁找了一个地方。几个星期后，它又活跃起来了。当我把它拿到一个黑暗的壁橱里时，它的花朵微弱地发光——比蜡烛暗淡，但仍然发光。
我本打算调查一下矮牵牛花是否会造成生态破坏——如果它与野生物种杂交，发光基因逃逸了怎么办?我们的户外空间会变成(非常安静的)植物狂欢吗?但是牵牛花的光似乎太暗了，无法干扰任何东西。
埃尔莎·扬斯特德(Elsa youngstead)在《2023年生态、进化和系统学年度评论》(2023 Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics)上合著了一篇文章，讨论城市环境中恒定的光线如何影响授粉，她基本上同意我的观点。
她解释说，美国没有任何野生的本地牵牛花，这是目前唯一可以买到萤火虫牵牛花的地方。随处可见的普通花园矮牵牛花都是杂交品种，这是白花、蛾授粉的矮牵牛花与一种着色、蜜蜂授粉的矮牵牛花长期杂交的结果。北卡罗莱纳州立大学的传粉生态学专家扬斯特德说，这些杂交矮牵牛花已经呈现出一种疯狂的混合信号，可能会混淆传粉者。在美国，没有一种被证明是侵入性的。
那么——萤火虫牵牛花?扬斯特德说:“我并没有立即感到震惊。但是，她补充道:“我们为什么要花时间、金钱和潜在的风险去制造一种发光的东西呢?”
事实上的原因。事实上，我越想越想，把真菌基因植入矮牵牛花是否只是锦上添花。蛋糕——真正的奇迹——是多年的侦探工作，他们精确地弄清楚了真菌是如何发光的。这使我带着一种令我吃惊的喜爱看着我的牵牛花。
本文最初发表于《年度评论》旗下的独立新闻杂志《可知杂志》。注册时事通讯。
