Нормальные клеточные процессы создают биофотоны, хотя свет не виден невооруженным глазом
Клетки каждого живого организма вырабатывают ничтожно малое количество света, хотя для видимого свечения требуется какая-то магия кино или иллюстратора.
Корнелия Ли
Многие научно-фантастические и фэнтезийные истории окутаны теплым сиянием, и это не только из-за ностальгии. Некоторые персонажи буквально светятся — от кончиков пальцев инопланетянина до демонических отметин в популярном в этом году фильме K-Pop «Охотники на демонов«.
Это свечение легко нарисовать или добавить в постпродакшн для фильма «Магия». И хотя мы не можем увидеть его без посторонней помощи, мы — и любой организм вокруг нас — действительно излучаем небольшое количество света. Ученые до сих пор не уверены, служат ли эти биофотоны какой-то цели или это просто светящиеся частицы клеточного мусора.
Это не биолюминесценция, хорошо известный набор химических реакций, говорит Каталина Курсану, физик-ядерщик и квантоволог из Итальянского Национального института ядерной физики – Национальной лаборатории Фраскати. И это не тепловое излучение — результат нашего производства тепла.
Вместо этого биофотоны — это отдельные фотоны, которые, по-видимому, являются побочным продуктом нормальных клеточных процессов, хотя неясно, как они образуются, говорит квантовый физик Кристоф Саймон из Университета Калгари в Канаде. Например, клетки часто вырабатывают активные формы кислорода, небольшие молекулы с крайне нестабильными атомами кислорода, которые могут служить сигналами в клетке или повреждать другие молекулы.
Когда эти реактивные молекулы атакуют липиды — длинные цепочки жирных кислот, которые образуют такие элементы, как клеточные мембраны, — они вызывают “своего рода цепную реакцию”, — говорит Саймон. “Когда два таких радикала встречаются и образуют другой радикал”, высвобождается энергия. Такой энергией может быть фотон с длиной волны от 200 до 1000 нанометров — от ультрафиолетового до видимого спектра и ближнего инфракрасного.
Многие биофотоны никогда не увидят поверхность клетки, не говоря уже о нашей коже. Вместо этого они поглощаются огромным количеством белков, липидов и других клеточных структур. Но некоторые из них, по словам Саймона, все же выходят из нашей кожи — “около 1000 фотонов на квадратный сантиметр в секунду”. Это примерно в миллионную долю меньше интенсивности светлячка, и его невозможно увидеть невооруженным глазом, добавляет Саймон, который вместе с коллегами обнаружил эти фотоны на коже живых мышей.
Курчану и ее коллеги обнаружили, что прорастающие чечевица и фасоль также испускают биофотоны. “Это демонстрирует некоторую закономерность, некоторую сложность … как будто этот сигнал может быть для чего-то использован”, — говорит она.
Что это за «что-то», остается загадкой. У многих организмов есть молекулы, называемые родопсинами, которые улавливают свет. Они есть в наших глазах. Но истинная работа этого света может происходить в тени.
Некоторые молекулы меньшего размера в организме могут поглощать и повторно излучать свет, говорит Филип Куриан, физик-теоретик из Университета Говарда в Вашингтоне, округ Колумбия. Аминокислота триптофан, строительный материал белков, обладает особой флуоресцентной активностью.
Куриан и его коллеги показали, что некоторые клеточные структуры, такие как микротрубочки, которые формируют структурный каркас клеток, содержат белковые структуры, которые могут позволить триптофану действовать как квантовая информационная сеть. Аминокислоты могут обмениваться фотонами, что дает им возможность находиться в двух разных местах сети одновременно, образуя квантовую суперпозицию.
Эффект усиливает флуоресценцию триптофанов, “что позволяет лучше обрабатывать информацию”, — говорит он. Таким образом, эти биофотоны могут быть использованы для ускорения обработки информации в клетках или за их пределами. Это может объяснить, почему наш мозг способен обрабатывать так много информации при относительно небольшой мощности, говорит Куриан.
Сияние научной фантастики — это не свет биофотонов, отмечает Курсану. “Легко ошибиться в биофотонах и представить, что мы все светимся каким-то совершенно нереалистичным образом”. Но жизнь действительно излучает крошечное количество света, и ученые работают над тем, чтобы выяснить, почему она светится.