初夏夜晚，萤火虫闪烁的黄绿色荧光不仅是其吸引同伴的工具，还在特定条件下会呈现橙色或红色光。日本科学家近期揭示了萤火虫发光颜色的分子机制，研究发现荧光素酶的立体结构在其中起到了关键作用。

据日本理化研究所发布的新闻公报，该机构与京都大学的研究人员利用同步辐射加速器SPring-8，对源氏萤体内的荧光素酶进行了X射线结晶结构解析。从原子水平上，科学家捕捉到了荧光素酶在反应过程中各个阶段的结构变化。

通过对比荧光素酶结晶结构在反应开始前、反应进行中以及反应后三个阶段的变化，研究人员发现荧光素酶肽链中第288位的异亮氨酸残基在决定荧光颜色的机制中起到了关键作用。氨基酸分子在形成肽链后，因脱去水分子而形成氨酸残基。

萤火虫的发光现象源于其体内荧光素与荧光素酶的化学反应。研究表明，荧光素酶中的异亮氨酸残基能够牢牢抓住发光体——氧化荧光素，使萤火虫发出黄绿色的荧光。而当萤火虫发出红光时，异亮氨酸残基与氧化荧光素的结合则较为松散。

为了验证这一发现，研究人员人工合成了两种改造后的荧光素酶，将第288位的异亮氨酸残基分别替换为分子体积更小的缬氨酸残基和丙氨酸残基。实验结果显示，这些改造后的荧光素酶使萤火虫只能发出橙色或红色光，与理论预测一致。

值得一提的是，早在约100年前就有科学记录显示，萤火虫的荧光是一种冷光，不伴随发热。1960年，科学家通过精密测定发现，萤火虫体内化学反应所产生的能量中约90%转化为光，这种转化效率是迄今为止发光系统中最高的。

科学家认为，若能进一步研究荧光素酶的立体结构和萤火虫发光反应的高效能量转化机制，将有助于开发节约能源的生物纳米机器。这一研究成果已发表在最新一期的英国《自然》杂志上。