Biofoton - Biophoton
Biofotony (z řeckého βίος znamenající „život“ a φῶς znamená „světlo“) jsou fotony světla v ultrafialovém a nízkém rozsahu viditelného světla, které produkuje biologický systém . Nemají tepelný původ a emise biofotonů je technicky typ bioluminiscence , ačkoli bioluminiscence je obecně vyhrazena pro systémy luciferin / luciferáza s vyšší svítivostí . Termín biofoton používaný v tomto úzkém smyslu by neměl být zaměňován s širším polem biofotoniky , které studuje obecnou interakci světla s biologickými systémy.
Biologické tkáně typicky produkovat pozorovanou sálavé emisivity ve viditelné a ultrafialové frekvence v rozsahu od 10 -17 až 10 -23 W / cm 2 (cca 1-1000 fotony / cm 2 / s). Tato nízká hladina světla má mnohem slabší intenzitu než viditelné světlo produkované bioluminiscencí, ale biofotony jsou detekovatelné nad pozadím tepelného záření, které je emitováno tkáněmi při jejich normální teplotě.
Zatímco detekci biofotonů hlásilo několik skupin, hypotézy, že takové biofotony indikují stav biologických tkání a usnadňují formu buněčné komunikace, se stále vyšetřují, Alexander Gurwitsch , který objevil existenci biofotonů, získal Stalinovu cenu v roce 1941. za jeho práci.
Detekce a měření
Biofotony mohou být detekovány pomocí fotonásobičů nebo pomocí CCD kamery s velmi nízkým šumem, čímž se vytvoří obraz s expoziční dobou typicky 15 minut pro rostlinné materiály. Fotonásobiče byly použity k měření emisí biofotonů z rybích vajec a některé aplikace měřily biofotony ze zvířat a lidí. Electron Multiplying CCD (EM-CCD) optimalizovaný pro detekci ultra slabého světla byl také použit k detekci bioluminiscence produkované kvasinkovými buňkami na začátku jejich růstu.
Typický pozorovaný zářivý emisivita biologických tkání ve viditelné a ultrafialové frekvencí v rozsahu od 10 -17 až 10 -23 W / cm 2 se foton počet od několika do téměř 1000 fotonů na cm 2, v rozmezí 200 nm až 800 nm .
Navrhované fyzické mechanismy
Chemi-excitace pomocí oxidačního stresu prostřednictvím reaktivních forem kyslíku a / nebo katalýze podle enzymů (tj, peroxidáza , lipoxygenázy ) je běžná událost v biomolekulární prostředí . Takové reakce mohou vést k tvorbě trojice excitovaných druhů, které uvolňují fotony po návratu na nižší energetickou úroveň v procesu analogickém s fosforescencí . Že tento proces je faktorem přispívajícím ke spontánní emisi biofotonů, naznačily studie prokazující, že emise biofotonů lze zvýšit vyčerpáním testované tkáně antioxidantů nebo přidáním karbonylových derivatizačních činidel. Další podporu poskytují studie naznačující, že emise lze zvýšit přidáním reaktivních forem kyslíku .
Rostliny
Zobrazování biofotonů z listů bylo použito jako způsob testování reakcí R genu. Tyto geny a jejich přidružené proteiny jsou zodpovědné za rozpoznávání patogenů a aktivaci obranných signálních sítí vedoucích k přecitlivělé reakci, která je jedním z mechanismů odolnosti rostlin vůči infekci patogenem. Zahrnuje generování reaktivních druhů kyslíku (ROS), které mají zásadní roli v přenosu signálu nebo jako toxické látky vedoucí k buněčné smrti.
Biofotony byly také pozorovány v kořenech stresovaných rostlin. Ve zdravých buňkách je koncentrace ROS minimalizována systémem biologických antioxidantů. Tepelný šok a jiná napětí však mění rovnováhu mezi oxidačním stresem a antioxidační aktivitou, například rychlý nárůst teploty indukuje emise biofotonů pomocí ROS.
Hypotetické zapojení do buněčné komunikace
Ve 20. letech 20. století ruský embryolog Alexander Gurwitsch hlásil „ultra slabé“ emise fotonů ze živých tkání v UV spektru spektra. Pojmenoval je „mitogenetické paprsky“, protože ho jeho experimenty přesvědčily, že mají stimulační účinek na dělení buněk .
V sedmdesátých letech Fritz-Albert Popp a jeho výzkumná skupina na univerzitě v Marburgu ( Německo ) ukázali, že spektrální distribuce emise klesla v širokém rozsahu vlnových délek, od 200 do 750 nm. Poppova práce na statistických vlastnostech emise biofotonů, konkrétně tvrzení o její soudržnosti, byla kritizována pro nedostatek vědecké přísnosti.
Jeden biofotonový mechanismus se zaměřuje na poškozené buňky, které jsou pod vyššími úrovněmi oxidačního stresu , což je jeden zdroj světla, a lze jej považovat za „nouzový signál“ nebo chemický proces na pozadí, ale tento mechanismus se teprve musí prokázat. Obtížnost potlačení účinků jakýchkoli údajných biofotonů uprostřed dalších četných chemických interakcí mezi buňkami ztěžuje navržení testovatelné hypotézy. Přezkumný článek z roku 2010 pojednává o různých publikovaných teoriích o tomto druhu signalizace.
Hypotéza buněčné komunikace biofotony byla velmi kritizována, protože nedokázala vysvětlit, jak mohly buňky detekovat fotonické signály o několik řádů slabší než přirozené osvětlení pozadí.
Viz také
Reference
Další čtení
- Beloussov LV, Voeikov VL, Martynyuk VS (2007). Biofotonika a koherentní systémy v biologii . New York, NY: Springer. ISBN 978-0387-28378-4.
- Hyland GJ (prosinec 1998). „Netermální bioefekty indukované mikrovlnným ozařováním živých systémů nízkou intenzitou“. Engineering Science & Education Journal . 7 (6): 261–9. doi : 10,1049/esej: 19980606 . Laické shrnutí - Photonics Technology World .
- Kühnert H. „ Wirkungsweise der Biophotonen“ [Jak fungují biofotony] (v němčině).
- Popp FA, Li KH, Gu Q (1992). Nedávné pokroky ve výzkumu biofotonů a jeho aplikacích . Singapur: World Scientific. ISBN 978-981-02-0855-4. Archivovány od originálu na 2009-02-20.
- Tilbury RN, Gregg DJ, Percival JM (1997). Ultra slabá chemiluminiscence z lidské krevní plazmy . 1. internetová konference o fotochemii a fotobiologii.
externí odkazy
- Bischof M. „Bibliografie o výzkumu biofotonů a souvisejících předmětech“ . Mezinárodní institut biofyziky . Archivovány od originálu na 2010-01-25.
- Hyland GJ. „Základy soudržnosti v biologii“ . Biophotonik . Archivovány od originálu na 2004-05-19.