Jump to content

Биофотон

Биофотоны (от греческого βίος, означающего «жизнь», и φῶς, означающего «свет»), представляют собой фотоны света в ультрафиолетовом и низковидимом диапазоне, которые производятся биологической системой . Они нетеплового происхождения, и испускание биофотонов технически является разновидностью биолюминесценции , хотя биолюминесценция обычно предназначена для с более высокой яркостью люциферин / люцифераза систем . Термин «биофотон», используемый в этом узком смысле, не следует путать с более широкой областью биофотоники , которая изучает общее взаимодействие света с биологическими системами.

Биологические ткани обычно производят наблюдаемый коэффициент излучения в видимом и ультрафиолетовом диапазоне частот в диапазоне от 10 −17 до 10 −23 Вт/см 2 (приблизительно 1-1000 фотонов/см 2 /второй). [1] Этот низкий уровень света имеет гораздо меньшую интенсивность, чем видимый свет, создаваемый биолюминесценцией, но биофотоны обнаруживаются на фоне теплового излучения , испускаемого тканями при их нормальной температуре. [2]

Хотя об обнаружении биофотонов сообщили несколько групп, [3] [4] [5] гипотезы о том, что такие биофотоны указывают на состояние биологических тканей и облегчают форму клеточной коммуникации, все еще исследуются, [6] [7] Александр Гурвич , открывший существование биофотонов, был удостоен Сталинской премии в 1941 году за свою работу. [8]

Обнаружение и измерение

[ редактировать ]

Биофотоны могут быть обнаружены с помощью фотоумножителей или с помощью ПЗС-камеры со сверхмалым шумом для создания изображения, используя время экспозиции обычно 15 минут для растительных материалов. [9] [3] Фотоумножители использовались для измерения биофотонного излучения икры рыб. [10] а в некоторых приложениях измерялись биофотоны животных и людей. [11] [12] [13] ПЗС-матрица электронного умножения (EM-CCD), оптимизированная для обнаружения сверхслабого света [14] также использовались для обнаружения биолюминесценции, производимой дрожжевыми клетками в начале их роста. [15]

Типичный наблюдаемый коэффициент излучения биологических тканей в видимом и ультрафиолетовом диапазоне частот составляет от 10 −17 до 10 −23 Вт/см 2 с числом фотонов от нескольких до почти 1000 фотонов на см 2 в диапазоне от 200 до 800 нм. [1]

Предлагаемые физические механизмы

[ редактировать ]

Хемивозбуждение посредством окислительного стресса активными формами кислорода или катализа ферментами ( например, пероксидазой , липоксигеназой ) является обычным явлением в биомолекулярной среде . [16] Такие реакции могут привести к образованию триплетно- возбужденных частиц, которые высвобождают фотоны при возвращении на более низкий энергетический уровень в процессе, аналогичном фосфоресценции . То, что этот процесс является фактором, способствующим спонтанной эмиссии биофотонов, было подтверждено исследованиями, демонстрирующими, что эмиссия биофотонов может быть увеличена за счет истощения анализируемой ткани антиоксидантами. [17] или путем добавления карбонильных производных агентов. [18] Дополнительную поддержку обеспечивают исследования, показывающие, что выбросы могут быть увеличены за счет добавления активных форм кислорода . [19]

Растения

[ редактировать ]

Визуализация биофотонов листьев использовалась как метод анализа ответов R-гена. [9] Эти гены и связанные с ними белки ответственны за распознавание патогенов и активацию защитных сигнальных сетей, приводящих к гиперчувствительной реакции. [20] что является одним из механизмов устойчивости растений к заражению патогеном. Он включает в себя генерацию активных форм кислорода (АФК), которые играют решающую роль в передаче сигнала или являются токсичными агентами, приводящими к гибели клеток. [21]

Биофотоны также наблюдались в корнях растений, подвергшихся стрессу. В здоровых клетках концентрация АФК минимизируется системой биологических антиоксидантов. Однако тепловой шок и другие стрессы изменяют равновесие между окислительным стрессом и антиоксидантной активностью, например, быстрое повышение температуры индуцирует эмиссию биофотонов АФК. [22]

Предполагаемое участие в сотовой связи

[ редактировать ]

В 1920-х годах русский эмбриолог Александр Гурвич сообщил о «сверхслабом» излучении фотонов живыми тканями в УФ-диапазоне спектра. Он назвал их «митогенетическими лучами», потому что его эксперименты убедили его в том, что они оказывают стимулирующее действие на деление клеток . [23]

В 1970-х годах Фриц-Альберт Попп и его исследовательская группа в Марбургском университете ( Германия ) показали, что спектральное распределение излучения попадает в широкий диапазон длин волн, от 200 до 750 нм. [24] Работа Поппа о статистических свойствах биофотонной эмиссии, а именно утверждения о ее когерентности, подверглась критике за отсутствие научной строгости. [2]

Один биофотонный механизм фокусируется на поврежденных клетках, которые находятся под более высоким уровнем окислительного стресса , который является одним из источников света и может рассматриваться как «сигнал бедствия» или фоновый химический процесс, но этот механизм еще предстоит продемонстрировать. [ нужна ссылка ] Трудность выявления эффектов каких-либо предполагаемых биофотонов среди других многочисленных химических взаимодействий между клетками затрудняет разработку проверяемой гипотезы. В обзорной статье 2010 года обсуждаются различные опубликованные теории этого типа передачи сигналов. [25]

Гипотеза о клеточной коммуникации с помощью биофотонов подверглась резкой критике за неспособность объяснить, как клетки могут обнаруживать фотонные сигналы, которые на несколько порядков слабее естественного фонового освещения. [26]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б Попп Ф.А. (май 2003 г.). «Свойства биофотонов и их теоретическое значение» . Индийский журнал экспериментальной биологии . 41 (5): 391–402. ПМИД   15244259 .
  2. ^ Jump up to: а б Цифра М., Броудер С., Нерудова М., Кучера О. (2015). «Биофотоны, когерентность и статистика фотоотсчета: критический обзор». Журнал люминесценции . 164 : 38–51. arXiv : 1502.07316 . Бибкод : 2015JLum..164...38C . doi : 10.1016/j.jlumin.2015.03.020 . S2CID   97425113 .
  3. ^ Jump up to: а б Такеда М., Кобаяши М., Такаяма М., Сузуки С., Исида Т., Онуки К. и др. (август 2004 г.). «Обнаружение биофотонов как новый метод визуализации рака» . Раковая наука . 95 (8): 656–61. дои : 10.1111/j.1349-7006.2004.tb03325.x . ПМЦ   11160017 . ПМИД   15298728 . S2CID   21875229 .
  4. ^ Растоги А., Посписил П. (август 2010 г.). «Сверхслабое фотонное излучение как неинвазивный инструмент мониторинга окислительных процессов в клетках эпидермиса кожи человека: сравнительное исследование на дорсальной и ладонной стороне руки». Исследования кожи и технологии . 16 (3): 365–70. дои : 10.1111/j.1600-0846.2010.00442.x . ПМИД   20637006 . S2CID   24243914 .
  5. ^ Ниггли HJ (май 1993 г.). «Искусственное солнечное облучение вызывает сверхслабое фотонное излучение в фибробластах кожи человека». Журнал фотохимии и фотобиологии B: Биология . 18 (2–3): 281–5. дои : 10.1016/1011-1344(93)80076-Л . ПМИД   8350193 .
  6. ^ Баджпай Р. (2009). «Биофотоны: ключ к разгадке тайны «жизни» ». В Мейер-Рохов В.Б. (ред.). Биолюминесценция в фокусе — сборник просветляющих эссе . Том. 1. Керала, Индия: Указатель исследований. стр. 357–385. ISBN  9788130803579 . OCLC   497860307 .
  7. ^ Заркешян П., Кумар С., Тушински Дж., Барклай П., Саймон С. (март 2018 г.). «Есть ли в мозгу оптические каналы связи?» . Границы бионауки (Landmark Edition) . 23 (8): 1407–1421. arXiv : 1708.08887 . дои : 10.2741/4652 . ПМИД   29293442 . S2CID   29847303 .
  8. ^ Белоусов Л.В., Опиц Дж.М., Гилберт С.Ф. (декабрь 1997 г.). «Жизнь Александра Гурвича и его соответствующий вклад в теорию морфогенетических полей» . Международный журнал биологии развития . 41 (6): 771–7, комментарий 778–9. ПМИД   9449452 .
  9. ^ Jump up to: а б Беннетт М., Мехта М., Грант М. (февраль 2005 г.). «Биофотонная визуализация: неразрушающий метод анализа ответов гена R». Молекулярные растительно-микробные взаимодействия . 18 (2): 95–102. дои : 10.1094/MPMI-18-0095 . ПМИД   15720077 .
  10. ^ Йирка Б (май 2012 г.). «Исследования показывают, что клетки общаются посредством биофотонов» . Проверено 26 января 2016 г. .
  11. ^ Кобаяши М., Кикучи Д., Окамура Х. (июль 2009 г.). «Визуализация сверхслабого спонтанного излучения фотонов человеческого тела, отображающего суточный ритм» . ПЛОС ОДИН . 4 (7): е6256. Бибкод : 2009PLoSO...4.6256K . дои : 10.1371/journal.pone.0006256 . ПМК   2707605 . ПМИД   19606225 .
  12. ^ Дотта Б.Т., Сарока К.С., Персингер М.А. (апрель 2012 г.). «Увеличенное излучение фотонов из головы при воображении света в темноте коррелирует с изменениями мощности электроэнцефалографии: поддержка биофотонной гипотезы Боккона». Письма по неврологии . 513 (2): 151–4. дои : 10.1016/j.neulet.2012.02.021 . ПМИД   22343311 . S2CID   207135123 .
  13. ^ Присоединяется к WT, Бауманну С.Б., Круту Дж.Г. (2012). «Электромагнитное излучение человека при сосредоточенном намерении». Журнал парапсихологии . 76 (2): 275–294.
  14. ^ Кауа И., Грасиани Дж., Ким А., Амблард Ф. (февраль 2021 г.). «Оптимизация обнаружения для обнаружения сверхслабых световых потоков с помощью EM-CCD в качестве матрицы счетчиков двоичных фотонов» . Научные отчеты . 11 (1): 3530. Бибкод : 2021НатСР..11.3530К . дои : 10.1038/s41598-021-82611-8 . ПМЦ   7878522 . ПМИД   33574351 .
  15. ^ Кауа И., Грациани Дж., Ким А., Амблард Ф. (май 2021 г.). «Стохастическая концентрация света от 3D до 2D обнаруживает сверхслабую хеми- и биолюминесценцию» . Научные отчеты . 11 (1): 10050. Бибкод : 2021НатСР..1110050К . дои : 10.1038/s41598-021-88091-0 . ПМЦ   8113247 . ПМИД   33976267 .
  16. ^ Чиленто Дж., Адам В. (июль 1995 г.). «От свободных радикалов к электронно-возбужденным видам». Свободно-радикальная биология и медицина . 19 (1): 103–14. дои : 10.1016/0891-5849(95)00002-F . ПМИД   7635351 .
  17. ^ Урсини Ф., Барсакки Р., Пелоси Г., Бенасси А. (июль 1989 г.). «Окислительный стресс в сердце крыс, исследования низкоуровневой хемилюминесценции». Журнал биолюминесценции и хемилюминесценции . 4 (1): 241–4. дои : 10.1002/bio.1170040134 . ПМИД   2801215 .
  18. ^ Катаока Ю, Цуй Ю, Ямагата А, Ниигаки М, Хирохата Т, Оиси Н, Ватанабэ Ю (июль 2001 г.). «Зависимое от активности окисление нервной ткани испускает собственные сверхслабые фотоны». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 285 (4): 1007–11. дои : 10.1006/bbrc.2001.5285 . ПМИД   11467852 .
  19. ^ Боверис А., Каденас Э., Райтер Р., Филипковски М., Накасе Ю., Ченс Б. (январь 1980 г.). «Органная хемилюминесценция: неинвазивный анализ окислительно-радикальных реакций» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 77 (1): 347–51. Бибкод : 1980PNAS...77..347B . дои : 10.1073/pnas.77.1.347 . ПМЦ   348267 . ПМИД   6928628 .
  20. ^ Инигес А.Л., Донг Ю., Картер Х.Д., Ахмер Б.М., Стоун Дж.М., Триплетт Э.В. (февраль 2005 г.). «Регуляция колонизации кишечных эндофитных бактерий средствами защиты растений» . Молекулярные растительно-микробные взаимодействия . 18 (2): 169–78. дои : 10.1094/MPMI-18-0169 . ПМИД   15720086 .
  21. ^ Кобаяши М., Сасаки К., Эномото М., Эхара Ю. (2006). «Высокочувствительное определение временной генерации биофотонов во время сверхчувствительной реакции на вирус мозаики огурца в вигне» . Журнал экспериментальной ботаники . 58 (3): 465–72. дои : 10.1093/jxb/erl215 . ПМИД   17158510 .
  22. ^ Кобаяши К., Окабе Х., Кавано С., Хидака Ю., Хара К. (2014). «Биофотонная эмиссия, вызванная тепловым шоком» . ПЛОС ОДИН . 9 (8): е105700. Бибкод : 2014PLoSO...9j5700K . дои : 10.1371/journal.pone.0105700 . ПМЦ   4143285 . ПМИД   25153902 .
  23. ^ Гурвич А.А. (июль 1988 г.). «Исторический обзор проблемы митогенетической радиации». Эксперименты . 44 (7): 545–50. дои : 10.1007/bf01953301 . ПМИД   3294029 . S2CID   10930945 .
  24. ^ Вейк Р.В., Вейк Е.П. (апрель 2005 г.). «Введение в биофотонную эмиссию человека». Научно-обоснованная дополнительная медицина и классическая натуропатия . 12 (2): 77–83. дои : 10.1159/000083763 . ПМИД   15947465 . S2CID   25794113 .
  25. ^ Цифра М., Филдс Дж.З., Фархади А. (май 2011 г.). «Электромагнитные клеточные взаимодействия». Прогресс биофизики и молекулярной биологии . 105 (3): 223–46. doi : 10.1016/j.pbiomolbio.2010.07.003 . ПМИД   20674588 .
  26. ^ Кучера О, Цифра М (ноябрь 2013 г.). «Передача сигналов от клетки к клетке посредством света: всего лишь призрак случая?» . Сотовая связь и сигнализация . 11 (87): 87. дои : 10.1186/1478-811X-11-87 . ПМЦ   3832222 . ПМИД   24219796 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 79ba4491f7c53042be81f1f7287651ff__1718592180
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/79/ff/79ba4491f7c53042be81f1f7287651ff.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Biophoton - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)