Кіріспе
Биологиялық көзден шыққан фотондар – жарық пен тірі организмдердің өзара әрекеттесуін зерттейтін ғылым. Биофотондар (грекше βίος – "өмір" және φῶς – "жарық") – биологиялық жүйелерде туындайтын ультракүлгін және көзге көрінетін төмен деңгейдегі жарық фотондары. Олар термиялық емес, ал биофотондардың шығарылуы техникалық тұрғыдан биолюминесценцияның бір түрі болып табылады, бірақ биолюминесценция көбінесе жоғары жарықтандыруға ие люциферин/люцифераза жүйелері үшін қолданылады. Осы тар мағынада қолданылатын биофотон терминін, жарықтың биологиялық жүйелермен жалпы өзара әрекеттесуін зерттейтін биофотониканың кең саласымен шатастырмау керек. Биологиялық тіндер әдетте 10−17-ден 10−23 Вт/см2 (шамамен 1000 фотон/см2/секунд) аралығында көрінетін және ультракүлгін жиіліктерде байқалатын сәуле шығаруды тудырады. Биофотондардың бар екендігі бірнеше топтармен хабарланғанмен, мұндай биофотондар биологиялық тіндердің күйін көрсетеді және жасушалық байланыстың бір түрін жеңілдетеді деген гипотезалар әлі де зерттелуде. Биофотондардың бар екендігін ашқан Александр Гурвич 1941 жылы өз еңбегі үшін Сталин сыйлығымен марапатталды.
the science of interactions of light and living beings
Biophotons (from the Greek βίος meaning "life" and φῶς meaning "light") are photons of light in the ultraviolet and low visible light range that are produced by a biological system. They are non thermal in origin, and the emission of biophotons is technically a type of bioluminescence, though bioluminescence is generally reserved for higher luminance luciferin/luciferase systems. The term biophoton used in this narrow sense should not be confused with the broader field of biophotonics, which studies the general interaction of light with biological systems. Biological tissues typically produce an observed radiant emittance in the visible and ultraviolet frequencies ranging from 10−17 to 10−23 W/cm2 (approx 1 1000 photons/cm2/second). While detection of biophotons has been reported by several groups, hypotheses that such biophotons indicate the state of biological tissues and facilitate a form of cellular communication are still under investigation, Alexander Gurwitsch, who discovered the existence of biophotons, was awarded the Stalin Prize in 1941 for his work.
Анықтау және өлшеу
Биофотонды фотокөбейтушілермен немесе өте төмен шулы CCD камерасы арқылы сурет түсіруге болады, өсімдік материалдары үшін әдетте 15 минуттық экспозиция уақыты қолданылады. Кейбір қолданбалар жануарлар мен адамдардан биофотонды өлшеген. Ашытқы жасушаларының өсуі басталғанда пайда болатын биолюминесценцияны анықтау үшін де ультра әлсіз жарықты анықтауға арналған электронды көбейту CCD (EM CCD) пайдаланылды. Биологиялық тіндердің көрінетін және ультракүлгін жиіліктерінде байқалатын сәуле шығару мөлшері 10−17-ден 10−23 Вт/см2-ге дейін, ал 200 нм-ден 800 нм-ге дейінгі диапазонда сантиметрдің қатарына бірнешеден 1000-ға дейін фотонға дейін жетеді.
Ұсынылған физикалық механизмдер
Реактивті оттегі түрлерінің тудырған окис стресі арқылы химиялық қозу немесе ферменттер (мысалы, пероксидаза, липоксигеназа) катализі биомолекулалық ортада кең таралған құбылыс. Мұндай реакциялар төменгі энергия деңгейіне оралғанда фотондарды бөліп шығаратын үштік қозған күйдегі молекулалардың пайда болуына алып келуі мүмкін, бұл процеске фосфоресценция ұқсас. Бұл процестің спонтанды биофотон шығарылымына себеп болатыны антиоксиданттарды зерттелген тінден азайту арқылы немесе карбонил туындыларын қосу арқылы биофотон шығарылымын арттыруға болатынын көрсететін зерттеулермен расталған. Реактивті оттегі түрлерін қосу арқылы эмиссияның артуын көрсететін зерттеулер осы деректерді қосымша нақтылайды.
Өсімдіктер
Жапырақтардың биофотондарын бейнелеу R геніне жауап беруді анықтау әдісі ретінде пайдаланылды, ол өсімдіктердің патогенді инфекцияға төзімділігінің механизмдерінің бірі. Бұл реактивті оттегі түрлерінің (РОС) пайда болуымен байланысты, олар сигнал беруде маңызды рөл атқарады немесе жасушалардың өліміне алып келетін улы заттар болып табылады. Биофотондар стресстелген өсімдіктердің тамырларында да байқалады. Сау жасушаларда РОС концентрациясы биологиялық антиоксиданттар жүйесімен төмендетіледі. Дегенмен, жылулық соққы және басқа да стресстер тотығу стресі мен антиоксиданттық белсенділік арасындағы тепе-теңдікті өзгертеді, мысалы, температураның күрт өсуі РОС арқылы биофотонды эмиссияға (шығаруға) ықпал етеді.
Ұяшықтық байланысына қатысы бар
1920 жылдары орыс эмбриологы Александр Гурвич тірі тіндерден ультракөк сәуле диапазонында "өте әлсіз" фотондар шығатынын хабарлады. Ол оларды "митогенетикалық сәулелер" деп атады, себебі оның тәжірибелері олардың жасуша бөлінуін ынталандыратын әсерге ие екеніне оны көндірді. 1970 жылдары Фриц Альберт Попп және оның Марбург университетіндегі (Германия) зерттеу тобы, эмиссияның спектральдік таралуы 200-ден 750 нм-ге дейінгі толқын ұзындықтарының кең диапазонында екенін көрсетті. Попптың биофотон эмиссиясының статистикалық қасиеттері, атап айтқанда, оның когеренттілігі туралы талаптары ғылыми дәлдігінің жетіспеуіне байланысты сынға түсті. Биофотон арқылы жасушалық байланыс гипотезасы, жасушалардың табиғи фондық жарықтан бірнеше есе әлсіз фотондық сигналдарды қалай анықтай алатынын түсіндіре алмағаны үшін қатты сыналып бағаланды.