Światło życia. Naukowcy zarejestrowali coś u umierających organizmów

Zespół Dana Oblaka z Uniwersytetu w Calgary jako pierwszy przeprowadził eksperyment, w którym obrazowano emisję biofotonów u organizmów przed i po śmierci. W badaniu użyto specjalistycznych kamer czułych na pojedyncze fotony, by uchwycić słabe światło emitowane przez cztery nagie myszy - przed i po ich zgonie. Zwierzęta przebywały w ciemni i w kontrolowanej temperaturze, by wykluczyć zakłócenia.

To nie nadprzyrodzona "aura", ale wynik procesów zachodzących w organizmach wszystkich żywych istot. "To, że emisja biofotonów istnieje, nie budzi już wątpliwości," mówi Dan Oblak w rozmowie z New Scientist. "Nasze badanie dowodzi, że to nie artefakt, ale zjawisko ściśle związane z życiem".

Biofotony to elementarne cząstki promieniowania elektromagnetycznego, czyli fotony (10-1000 fotonów/cm²/s), emitowane w zakresie 200-1000 nm. Są produktem ubocznym reakcji metabolicznych w komórkach - głównie w mitochondriach. Po śmierci organizmu, kiedy ustaje krążenie i dostęp tlenu, procesy te ustają, a wraz z nimi zanika emisja.

"Gdybyśmy podtrzymali krążenie sztucznie, emisja by trwała" - mówi dr Michal Cifra z Czeskiej Akademii Nauk. "To nie systemowa żywotność jest kluczowa, lecz aktywność optycznie dostępnych tkanek".

Zjawisko to zaobserwowano wcześniej w pojedynczych komórkach, ale nigdy w skali całego organizmu. Czeskim naukowcom udało się jako pierwszym zaobserwować to zjawisko w przypadku nie pojedynczych komórek, ale całych żywych organizmów. To, że udało się tego dokonać bez wpływu ciepła i światła z zewnątrz, potwierdza wiarygodność wyników.

Biofotony mogą stać się nowym narzędziem w biologii i medycynie. Emisja światła zwiększa się w odpowiedzi na stres - np. mechaniczne uszkodzenie liścia, wzrost temperatury, czy działanie leków. Badacze zaobserwowali, że środki takie jak benzokaina, aplikowane na liście parasolnika (Heptapleurum arboricola), istotnie zwiększają emisję biofotonów. "To całkowicie pasywny proces obserwacji," zaznacza Oblak. "Nie potrzeba znaczników ani inwazyjnych pomiarów."

Podobne podejście testowano także na kiełkujących nasionach. Zespół Maurizia Grandiego z włoskiego Istituto Nazionale di Fisica Nucleare pokazał, że biokomunikacja między komórkami może przejawiać się właśnie przez zmiany emisji biofotonów, m.in. w reakcji na fazy rozwoju roślin.

Badacze zauważyli, że charakterystyka emisji biofotonów zmienia się w czasie - wraz z rozwojem organizmu. Na początku za emisję fotonów odpowiadają tzw. wydarzenia kluczowe (ang. crucial events) - nagłe zmiany przypominające "moment decyzyjny" komórek. Później proces staje się bardziej uporządkowany i przypomina tzw. ruch fraktalny (FBM).

"To może być wskaźnik zdrowia organizmu" - piszą autorzy. "Zanik wydarzeń kluczowych może oznaczać utratę złożoności, co obserwujemy m.in. w chorobach neurodegeneracyjnych." Zespół badał także tzw. opóźnioną luminescencję - wzrost emisji światła po wcześniejszym oświetleniu. Tego rodzaju sygnał może trwać od kilkunastu sekund do minut i jest bardzo wrażliwy na stan biologiczny organizmu.

Pytanie o to, czy biofotony mogą pełnić funkcję sygnałów informacyjnych, od lat intryguje naukowców. Już w latach 20. XX wieku rosyjski biolog Aleksandr Gurwicz postulował istnienie tzw. promieniowania mitogenetycznego - słabego sygnału elektromagnetycznego, który wpływa na wzrost komórek. Jego prace zostały w dużej mierze zignorowane, jednak współczesne eksperymenty wydają się potwierdzać pierwotne obserwacje.

Zespół z Frascati (Włochy) zaobserwował, że biofotonowa emisja rośnie w czasie kiełkowania nasion. Zmiany te można analizować za pomocą tak zwanej entropii dyfuzyjnej - metody statystycznej pokazującej przejścia między stanami o różnej złożoności. Takie analizy wykazały, że podczas rozwoju nasiona pojawiają się tzw. zdarzenia krytyczne, które mogą być formą samoorganizacji systemu biologicznego.

Co więcej, badacze stwierdzili, że w początkowej fazie kiełkowania emisja biofotonów wykazuje tzw. nieliniowe fluktuacje - a więc nieprzypadkowe wzorce. W miarę jak proces rozwoju postępuje, emisja staje się bardziej uporządkowana. To, zdaniem autorów, przypomina "przejście od chaosu do świadomości" - choć zjawisko to nie ma nic wspólnego z psychiką, lecz z biologiczną organizacją.

Obecnie bioluminescencja znajduje zastosowanie w badaniach nad rakiem, stresem oksydacyjnym skóry czy neurodegeneracją. W szczególności komórki nowotworowe wykazują wyraźnie silniejszą emisję fotonów niż zdrowe, co czyni biofotony potencjalnym markerem wczesnego stadium choroby. Podobne różnice zauważono w badaniach nad mózgiem myszy - sygnały świetlne różniły się u zwierząt z chorobą Alzheimera i demencją naczyniową.

Obserwacja biofotonów nie wymaga ingerencji w organizm - wystarczy odpowiednio czuła aparatura. Może to zrewolucjonizować monitorowanie stanu zdrowia u ludzi, roślin, a nawet żywności. Naukowcy sugerują, że analiza poziomu emisji pozwoli w przyszłości ocenić "świeżość" produktów spożywczych, skuteczność nawozów czy toksyczność pestycydów.

Choć biofotony są niezwykle słabe - to zaledwie setki fotonów na sekundę, podczas gdy w dzień każdy centymetr kwadratowy nasłonecznionej powierzchni otrzymuje trzysta sześćdziesiąt biliardów fotonów ze Słońca - ich rola w biologii może być kluczowa. Jak podkreślają autorzy przeglądów, mogą one stanowić system komunikacji komórkowej równoległy do sygnałów chemicznych. Istnieje bowiem korelacja między intensywnością emisji a procesami wzrostu, różnicowania komórek, a nawet aktywnością układów nerwowych.

To podejście może pomóc lepiej zrozumieć nie tylko sam mechanizm emisji światła, ale i fundamentalne zasady funkcjonowania życia. Zdolność organizmu do generowania "złożonego" sygnału świetlnego może świadczyć o jego zdrowiu - a jego nagłe uproszczenie, o kryzysie wewnętrznej komunikacji, co potwierdzają badania nad układem sercowo-naczyniowym i mózgiem.

Jak podsumowuje zespół Grandiego, "biofotony mogą być subtelnym, ale uniwersalnym językiem organizmów żywych. Zdolność ich emisji, wzmacniania i interpretacji może być jednym z kluczowych mechanizmów biologicznej inteligencji"