约瑟夫 · 伊萨耶维奇，您感兴趣的科学对象是生物发光，即生物机体的发光，这种现象的什么东西吸引了您？
这生物机体的动力问题是生物学最困难的课题之一。当您研究某种结构——一个细胞或一个器官时，可以把它取样并保存起来，但生物机体的动力反映在极易变化的过渡状态中表现出来，其中有些是由于试验人员的干预而表现出来，所以很难找到方便的研究对象，根据这研究对象可以判明动力反应随着_活动而发生的情况。众所周知，酶有能力几十倍、几百倍、几千倍地加速反应的进程。但是为什么酶把在一个反应过程中所得到的能量全部用于完成另一个确定的反应，而禁止与该被酶作用物可能的所有其它反应？要知道一种被酶作用物具有几十种可能性，而只有一种被实现。研究这样的机制对生命活动的物理化学基础是很重要的。
生物机体发出的光是酶动力反应的最直接表现，此外，光是富含信息的，光子以自己的光谱、频率及其变化的规律对生成它们的反应揭示出许多东西。生物发光正是在研究生物机体的动力学问题而崛起的。
生物发光概念出现以前，光电倍增管技术就已出现，没有光电倍增管就不可能测量生物机体发射的微弱的光线。因此50年代以来美国、日本、澳大利亚和苏联等都积极地开展了生物发光机理的研究。
50年代大海也召唤了您？
是的，原因是陆地上发光的生物机体很少：夜萤科，另外一些昆虫以及几种鲜为人知的软体虫，此外就再也没有了。而在海洋当中则很多。
什么样的科学方向属于生物光学？
大体上生物光学研究光线对生命机体的作用，就是研究视觉问题、光合作用问题，其次是光线的损害和刺激作用，等等。研究机体本身发出的光线仅仅是一个分支，这方向与其余所有方向仿佛相反，而这也就是我们研究的范围。
这样看来，海洋中的研究对象吸引了您……
是的。这发光现象主要是海洋的。如果想问：为什么它是海洋的？那么答案现在还没有。仅仅可以指出，只有在海水中，并且含盐度超过千分之十，发光才能被观察到。但是假若提出问题：发光如何依赖于含盐度？那么答案暂时同样是没有的。
然而，全世界海洋的水都很咸，这就意味着生物的发光是广泛地分布着的？-
生物发光在海洋中几乎是无处不有的，从北极到南方的海洋里，至少在目前，测量生物发光的仪器没有觉察到信号的区域还没有被我们发现。
究竟为什么从前把发光作为罕见的事件来报道？
因为人们过去看到的发光是在海面上的，而在水面上它确实极少遇到。要知道生活在深水区的海洋生物才发光，其次，生物发光与太阳的恒定发光不同，它是脉冲式发光，应当有某种激励一一船桨、螺旋桨、仪器的搅动，甚至水本身的波浪运动。
当初我们亦认为我们必须寻找的生物发光是稀有事件，但在海洋里它原来是很普遍的，在深水区研究生物发光的分布特性已成为可能。
利用了前面提到过的仪器？
是的，这就是深海光度计，正确一些称它为生物光度计。但是最初这样的仪器用于测量1000米深度不到的阳光（阳光不能再深入下去），初期的测量已经指出：在这种深度机体的发光比那儿的太阳光强得多，因而我们就决定制造专门用于测量生物发光的仪器。现在我们的仪器能够激发生物光，能够把生物光与太阳光、月光分开，能够在给定的深度测量而向船上传输数据，船上的电子计算机就分析这些数据。借助于电子计算机我们就能够比较在不同的海洋区域和不同的条件（深度、含盐度、水的生物密度等等）下测得的数据，并且我们对海洋里的发光作了定期的测定。
已发现生物机体的发光与水的生物密度有密切联系，一般情况似乎是，哪里生命越多，那里发光就越强。而海洋生物集中的基本水层是上面的150米，也就是太阳光很多的区域。但是在这范围内生物的分布是不均匀的：在某一个部位生物很多，而在相邻的部位可能几乎没有。测出生物发光的强度时，就揭示了生物分布的不均匀性。正是这一点使海洋学家大感兴趣。
要知道海洋学家总是有必要探测海洋中生物的集结区（既是为他们自己的研究，也是为了渔业）。现有的探测方法很准确，但是很费力。深海光度计上面挂着一连串水样收集器——随着深度采取水样的没器，因而从水平线起针对性地取得生物学试样，而在水面上的仪器就显示出生物发光的变化。因而揭示出海洋中生物分布形态就能够迅速得多。
我们曾持续地研究了会发光的生物机体，它们当中的大多数是复杂的，而且远离海洋就不能继续养殖。而为了在海上直接研究它们，在考察船上就需要设备很好的生化试验室，这样的考察船已经建成。发光菌是唯一能容易地从海洋中取得并在试验室里养殖的单细胞生物。
可是发光菌的发光无疑是那么弱……
据了解，少数个别的发光菌一般不发光或者说实际上发光很弱。发光菌把激发发光的物质分泌入水中，当发光菌很少时，这种发光激发剂在水中扩散掉，而当发光菌聚集得足够时，发光激发剂反过来渗透入菌体细胞，因而引起发光。准确一些说，发光激发剂诱导负责制造荧光素酶的基因功能，正是荧光素酶激发出光线。聚集的发光菌发光相当明亮。
为什么这些发光菌也是无处不有的呢？
在30米深以内的表面层发光菌几乎是不存在的，但是一般而言，在广阔的海洋里它们是相当多的，而在珊瑚岛附近的浅海区它们占生存在那儿的微生物的60 ~ 70%。在海洋里它们主要分布在两层水中——100米至300米和500，米至700米。在这样深度内能够有每升水100个左右发光菌，而在海滨或珊瑚岛的浅海区则每升水中可能有成千上万个发光菌。
为什么？像所有的生物一样，它们总聚集在食料丰富的地方，而在海滨、珊瑚岛附近有机物的浓度是很高的。此外，水的温度、含盐度、季节及另外一些还未被充分研究的因素都起一定的作用。
发光菌喜欢与鱼、鱿鱼以及海洋生物群的其它成员共栖，并且往往是与不发光的生物共栖。例如，现在已经知道200多种发光的鱼，其中的1/4是由于发光菌而发光。发光菌寄居在宿主的肠或专门的发光器官——发光囊里。发光囊里发光菌密度非常高，达到每毫升几十亿个！
这样大量的发光菌究竟如何集结到那里的？
鱼儿使它们繁殖起来，因而可把鱼的发光囊比作一般微生物生产的“培养钵”（Культватор）。可以看出鱼儿从周围介质中得到菌种。
发光菌独立生存时，它们中的绝大多数居住在所谓的海雪上，这海雪是死亡机体残留的某种有机颗粒，它们在海洋中总是存在的，由于它们缓慢地向下沉降，俨然像雪花。居住它上面的发光菌很多，所以海雪就发光，因而吸引鱼类，要知道发光的功能之一就是引诱。在日本人们甚至把这样发光的鱼饵放置在鱼网上、滚网的小钩上，因而捕鱼量增长了20%。
如此看来，发光菌是“乐意”被吃下去的？
当然。许多海鱼基本上吃甲壳纲动物，发光菌具有很强的消化甲壳的酶。它们落到有大量食物的胃里就消融甲壳，这样就帮助鱼消化软体部分。
此外，鱼显然需要发光。要知道光是一种联络的手段，是“我在此”的信号，在鱼儿很少且漆黑一片的深海里，发出的光线百万倍地提高了雄鱼和雌鱼的相遇概率。其次发光能够用于隐蔽，有利于发光的鱼儿逃避天敌的猎食。如它在天敌的上面游动，那么天敌在白天的光线背景里就不能觉察到它。
这种共栖仿佛是普普通通的，但它却为解决普通生物学的重大问题开辟了一条极有意义的途径。首先，发光菌能够极为迅速地繁殖。根据我们的资料，它们倍增的时间平均为7 ~ 8分钟。可见第一个落入鱼体内的发光菌经过几个小时后，其后代就应当吃掉自己的宿主。但事实上鱼儿能够把发光菌的增殖维持在对本身安全的水平上，同时使它们的新陈代谢速率足以维持发光。大家知道机体对自己的细胞代谢可以控制，如血细胞有能力极迅速、无止境地繁殖，但机体制造出的血细胞恰好代替已衰老和死亡的，但宿主鱼却要对发光菌——“人家的”细胞如此控制代谢水平，其机理何在呢？
其次，发光囊与肠或直接与海水相通，而肠里或海水中均有各种各样的细菌，但发光囊里只生存单纯的发光菌，其余所有的细菌都被禁止入内。这样的防菌规范是如何达到的呢？如果我们知道这机理，那么也许能把医学和生物技术中的防菌措施简化许多（目前防菌措施是复杂笨重的），在医学和生物技术中人们同样在培育钵里培养某一种微生物而禁止其余进入。
真有趣，但在生产实际当中，鱼儿的养殖微生物技术也同样有某些优点吗？
发光囊里具有的生物量密度为每毫升几十亿个细胞——每升几十克，生物技术对此还仅仅是幻想。在这样的生物量密度情况下，微生物的增殖速率应当被限制，因为供给微生物养料，清除其生命活动的废料等等完全不是简单的事。在微生物工厂里，初期使微生物大量增加，然后抑止它们的增长，但是使它们有可能制造出相当数量的有用产物，即生产要分成两个阶段。在发光囊里这一切是同时、连续地进行的，成效就高得多。不久前，我们试验室里成功地找到了一种保持这种连续性达几昼夜的方法，而某些鱼儿则可做到数年而不中断。因此细菌性发光器官（бактериофотофор）是进化的最出色创造物。
但是发光菌聚居在鱼的肠里是很普遍的，就像陆生动物肠里的大肠杆菌一样。所以，假若您发现从商店里买来的鱼体内发光，就不必害怕，因为发光菌对人类是无害的，并且这发光与放射性无关。
荧光素酶可是准确地执行自己的基本职责——引起发光吗？
严格地执行。化学反应往往伴随着发光，这就是化学发光。生物发光同样是化学反应，但是它的特点是必须有由生物机体制造的酶参与，也就是被酶作用物（荧光素）在酶（荧光素酶）参与下由氧气氧化。可以把生物发光定义为发酵的化学发光。
自然界造就了许多发光的生物体系，不同种类的生物发光能力的形成是不相关的，也即不同机体的酶催化不同的反应，而这些反应同样地发光。所以荧光素酶、荧光素的概念并不意味着确定的一种物质（结构），而是意味着一种引起发光的能力，并且多种物质具有这种能力。要着重指出荧光素酶的作用是非常奇特的，一种荧光素酶只跟自己的一种（有时是数种）被酶作用物起反应。例如，发光菌制造的荧光素酶跟多种黄素构成的物质起作用。另一大类酶与三磷酸腺苷——动物细胞的基本载能体作用，例如夜萤科的荧光素酶就属于这一类。第三类是腔肠动物门（水母、珊瑚虫等）的荧光素酶，会一类酶取决于钙，而神经的感知、肌肉的收缩、细胞膜的渗透性都与钙有紧密关系，也就是所有这些过程都可以借助于这类荧光素酶来研究。等等。既然能够起荧光素酶作用的酶很多，那么应用生物发光分析的可能性也同样有很多种。
这种分析是如何进行的？
测出不同区域的发光强度时，就可以用发光本身来评定这些区域。比如说，发光比较明亮就表示引起发光的反应进行得较剧烈。
这就是说，生物发光不仅可作为研究的对象，而且也能够作为研究的方法？看得出该研究方法具有自己的特点吧？
第一点是简单。既然信息由光发出，那么记录这信息就应当是简单的，可以不损坏机体。第二点是快速。因为以光速传递信息。第三点是灵敏。现代化的辐射探测器（接收机）有能力点数单个的光子，这在理论上就可能数出物质的单个分子。实际上灵敏度的阈值要低几个量级，因为试剂、容器、杂质等等的背景辐射妨碍了它。在实验条件下10-17、甚至10-18摩尔浓度的物质都被记录下来。第四点是便宜。所需试剂的成本相对地不高，特别是如果涉及细菌的荧光素酶时，这种酶可通过养殖发光菌而得到，且分析耗量极少。所以生物发光分析方法对大多数实验（无论是科学研究的还是生产实践的）都可能成为一种有效的方法。利用生物发光方法可以研究些什么呢？
可以研究许多事情。先谈谈细菌荧光素酶，它是目前已知的最灵敏的氧气指示剂，可以觉察出10-10摩尔氧气的存在并发生闪烁。可见，在必须确定痕量氧气存在与否，或必须探究某个反应强烈程度的场合（在生物学、医学、化学、工艺学等等都需要这样做的）应用细菌荧光素酶是处处有利的。例如。可以测定植物在光合作用时形成的氧气含量，可以查明活细胞中酶的含量和活性、细胞的能量供应水平，或者可以测出细胞膜在各种反应时的渗透性：闪烁发光表明在给定的反应中细胞膜的渗透性已经被改变。
同样的指示反应可以确定昆虫（即使一个虫体分泌的）外激素，足以与昆虫本身敏锐的嗅觉相比。其次，发光强度表明微生物养殖的增长速率，可以研究物质代谢过程、呼吸——氧气的需要等等。当研究基因移植的规律性时，对基因工程的模拟研究，发光也是一种很好的标记：如果一切都做得正确，那么移入发光基因的细菌就变成发光的了。
生物发光分析的灵敏度使得测定细胞里一系列主要的被酶作用物和酶的含量成为可能。目前生物化学为了这种测定通常采用取下的一小块组织，在这种情况下所得到的结果是平均量，而事实上被测定的物质在细胞里的分布可能是很不均匀的——在一些细胞里它很多，而在另一些细胞里则完全没有。生物发光能对每一个细胞进行测定，而测定几百或几千个细胞后就得到该种物质在一组细胞里的分布图像，因而就能够评定整个机体的成分：例如在机体中什么样的细胞多些——年轻的还是老的，活性的还是钝化的等等。
有一个例子。用生物发光方法迅速地确定血液中蛋白酶的活性，这对于诊断和预防像急性胰腺炎、大范围化脓症及多种其它危险疾病是重要的。
生物发光分析在检测技术中也得到应用，例如，在氧气不应该存在或者不应该超过某一定值的地方，即在无氧的工艺气氛，在易爆的环境里（例如地下开采），用于监视氧气的存在。氧气的浓度是天然及人工水源水质的出色的指标，为我们定期地、高效能地检测污染程度得到一种优异的方法。为了检测为害的污染物可以利用发光的消失，因为这些污染物以不同方式抑制发光，在此基础上可以确定何种有毒杂质污染着该区域环境。
总之，无论在基础研究，还是在应用研究中生物发光分析的应用范围都是很广泛的。要我说的话，医学将是第一个优先应用的部门：在生物发光原理基础上能够建立齐全的、对临床诊断医生是重要的试验分析系统。我认为在没有建立整套动作快捷而便宜的生化验血系统的情况下，居民疾病系统预防的普及任务是不能实现的。
[Hαyкα u Жuзнь，1986年7期]