7 Minute
Studiu arată că emisiile vizibile de biofotoni se opresc la moarte
Un experiment recent realizat de cercetători de la Universitatea din Calgary și Consiliul Național de Cercetare al Canadei aduce dovezi fizice directe că țesuturile vii emit lumină vizibilă ultra-slabă, care scade marcant după deces. Folosind sisteme sensibile de imagistică în condiții de lumină foarte scăzută, echipa a măsurat emisia ultra-slabă de fotoni (UPE), cunoscută și sub numele de biofotoni, de la șoareci întregi și de la frunze ale două specii de plante. Rezultatele sugerează că materialele biologice produc o strălucire vizibilă extrem de slabă, legată de activitatea metabolică și de stresul celular, iar această strălucire scade abrupt atunci când viața încetează.
Context științific: ce sunt biofotonii și de ce sunt importanți
Biofotonii și chemiluminiscența
Biofotonii sunt emisii luminoase extrem de slabe produse spontan de celule biologice. Spre deosebire de chemiluminiscența intensă bine cunoscută — de exemplu, bioluminiscența licuricilor — biofotonii sunt cu ordine de mărime mai slabi și au fost înregistrați pe un interval spectral larg, aproximativ 200–1.000 nanometri. De-a lungul decadelor, cercetători din diverse laboratoare au detectat aceste emisii abia perceptibile la mostre variate, de la colonii bacteriene până la țesuturi mamifere. Importanța lor rezidă în faptul că, fiind corelate cu procese biochimice interne, ele pot oferi informații neinvazive despre starea metabolică sau nivelul de stres al celulelor.
Speciile reactive de oxigen ca sursă probabilă
O explicație principală leagă biofotonii de speciile reactive de oxigen (ROS). Când celulele sunt supuse la stres termic, expunere la toxine, infecții sau penurie de nutrienți, ROS precum peroxidul de hidrogen pot reacționa cu lipidele și proteinele, generând stări electronice excitate. Pe măsură ce aceste molecule excitate revin la niveluri energetice inferioare, ele pot elibera fotoni individuali în banda vizibilă. Dacă această ipoteză este confirmată pe scară largă, UPE ar putea deveni un indicator neinvaziv al stresului celular sau al stării metabolice, oferind o metodă complementară la markerii biochimici convenționali.
Detalii experimentale și rezultate cheie
Pentru a evalua dacă UPE este detectabil la nivelul organismelor întregi, nu doar în țesuturi izolate, cercetătorii au folosit camere electron-multiplicatoare cu dispozitiv cu cuplaj de sarcină (EMCCD) și camere standard CCD. Patru șoareci imobilizați au fost plasați individual într-o cameră întunecată și imaginați timp de o oră în viață, apoi eutanasiați și imaginați din nou pentru încă o oră. Important: corpurile au fost menținute la temperatura apropiată de cea corporală și după moarte, pentru a controla posibilele efecte termice asupra radiației detectate. Această atenție la detalii experimentale sprijină validitatea contrastului observat între starea vie și cea post-mortem.
Instrumentele folosite au avut sensibilitatea necesară pentru a capta fotoni individuali din banda vizibilă provenind din celulele animalelor. Numărul de UPE măsurat a scăzut semnificativ după eutanasie, indicând un contrast clar între starea vie și cea ne-vie. Experimente paralele pe plante, realizate pe Arabidopsis thaliana (cimila alba) și Heptapleurum arboricola (copacul umbrelă pitic), au furnizat rezultate complementare: zonele de pe frunze care fuseseră rănite fizic sau supuse unor stresuri chimice au emis mai mulți fotoni vizibili decât țesutul neafectat. Aceasta susține asocierea dintre activarea mecanismelor de stres oxidativ și creșterea emisiilor UPE.
Cercetătorii notează că, în timpul sesiunilor de imagistică care au durat până la 16 ore în unele cazuri, părțile rănite ale frunzelor au rămas în mod persistent mai luminoase decât zonele neafectate. Această persistență temporală a semnalului sugerează că semnalul UPE nu este doar un artefact tranzitoriu, ci reflectă procese biochimice care evoluează pe parcursul mai multor ore — de exemplu, producția continuă de ROS și cascada de reacții oxidative care decurg dintr-o leziune.
Implicații, provocări și perspective viitoare
Posibilitatea monitorizării stresului celular de la distanță, neinvaziv și continuu are o atracție evidentă pentru domenii precum medicina, agricultura și microbiologia. În contexte clinice, imagistica UPE ar putea, teoretic, să semnalizeze țesuturi expuse stresului oxidativ înainte ca simptomele macroscopice să devină evidente, oferind o fereastră de intervenție timpurie. În agricultură, detectarea rapidă a stresului sau a bolilor la plante prin imagistică a biofotonilor ar putea optimiza udarea, fertilizarea și aplicarea tratamentelor, reducând pierderile și consumul de resurse.
Cu toate acestea, există numeroase obstacole tehnice și interpretative care trebuie depășite. Semnalele ultra-slabe sunt ușor mascate de zgomotul electromagnetic ambiental și de emisiile termice în infraroșu generate de țesuturile calde. Reproducerea rezultatelor între laboratoare va necesita condiții stricte de cameră întunecată, detectoare extrem de sensibile (de exemplu EMCCD-uri cu calibrare atentă), precum și analize statistice robuste pentru a exclude artefactele. Mai mult, interpretarea biologică a semnalelor cere controale detaliate — de exemplu, confirmarea co-localizării UPE cu markeri chimici ai ROS, testarea modului în care diverse tipuri de stres afectează spectrul și intensitatea emisiilor și determinarea limitelor de detecție în țesuturi mai groase sau mai complexe.
O provocare conceptuală este să evităm interpretările senzaționale sau speculațiile nefondate — cum ar fi reîncadrarea observațiilor ca fiind dovezi pentru „aure” sau fenomene paranormale. Comunitatea științifică trebuie să comunice clar atât limitările metodelor, cât și potențialele aplicații pragmatice, astfel încât interesul public și media să nu conducă la concluzii eronate. În paralel, dezvoltarea unor protocoale standardizate și a unor seturi deschise de date va facilita verificabilitatea și progresul în acest domeniu emergent.
Perspectiva unui expert
Dr. Elena Moreno, cercetătoare în biofotonică și comunicatoare științifică, a comentat: "Acest studiu adaugă date experimentale importante care ilustrează diferențele de UPE între țesutul viu și cel ne-viu. Utilizarea imagisticii pe animale întregi și a experimentelor paralele pe plante întărește interpretarea biologică. Totuși, pentru a traduce aceste descoperiri în diagnostice practice vom avea nevoie de îmbunătățiri semnificative în gestionarea raportului semnal-zgomot și de protocoale standardizate care să funcționeze pentru organismul uman și pentru diverse specii cultivate."
Concluzie
Observațiile raportate consolidează ideea că celulele vii emit o strălucire ultra-slabă vizibilă, corelată cu activitatea metabolică și cu stresul celular, iar această strălucire se diminuează după deces. Deși conceptul de biofotoni rămâne încă controversat în unele privințe, imagistica controlată cu detectoare sensibile a produs contraste reproducibile între țesutul viu și cel ne-viu atât la animale, cât și la plante. Dacă aceste rezultate sunt validate și rafinate prin studii suplimentare, imagistica UPE ar putea deveni un instrument neinvaziv util pentru monitorizarea sănătății celulare. Totuși, este clar că este nevoie de multă muncă tehnică și validare înainte ca aplicații clinice sau agricole să devină practice și fiabile.
Sursa: pubs.acs
Comentarii