Живые существа излучают слабый свет, который гаснет после смерти

Свет чьей-то жизни может быть не просто другим человеком, а светом в буквальном смысле. Согласно недавнему исследованию ученых из Университета Калгари, каждая живая система излучает свет, не требуя внешнего возбуждения, благодаря биологическому явлению, известному как сверхслабая эмиссия фотонов (UPE).

У мышей UPE был связан с жизнеспособностью, поскольку живые мыши излучали значительно более высокую интенсивность UPE по сравнению с недавно умершими мышами. Однако у растений UPE варьировался в зависимости от воздействия стрессовых факторов, таких как изменения температуры, травмы и химическая обработка, как сообщается в The Journal of Physical Chemistry Letters.

Живые организмы — это компактные биохимические лаборатории, где сложные химические реакции поддерживают работу системы. Клеточный метаболизм, серия химических реакций, которые питают процессы поддержания жизни, производит группу высокореактивных кислородсодержащих молекул, которые производятся как естественный побочный продукт, называемый активными формами кислорода или ROS.

Исследования показывают, что ROS играет центральную роль в UPE. Когда организмы сталкиваются со стрессом, они активируют биохимические пути, которые генерируют ROS, которые действуют как сигнальные молекулы в ответе клеток на стресс. Однако чрезмерное производство ROS может привести к окислительному стрессу, подавляя антиоксидантную защиту клетки. Этот окислительный стресс может вызывать процессы возбуждения и переноса электронов, в конечном итоге приводя к UPE.

В отличие от биолюминесценции, которая производит свет высокой интенсивности, видимый невооруженным глазом, UPE, также известная как биофотонная эмиссия, представляет собой спонтанное высвобождение света чрезвычайно низкой интенсивности, невидимого человеческому глазу и попадающего в спектральный диапазон 200–1000 нм. Этот слабый свет был обнаружен в широком диапазоне форм жизни — от одноклеточных организмов и бактерий до растений, животных и даже людей.

Несмотря на столь широкое наблюдение, мало что известно о влиянии факторов смертности и стресса на UPE. Более того, возможность контролировать UPE в ответ на факторы стресса и травмы может стать мощным неинвазивным инструментом для диагностики и медицинских исследований.

Исследователи использовали передовые методы визуализации для изучения биологического значения UPE, напрямую сравнивая выбросы у живых и мертвых животных, а также систематически визуализируя влияние температуры, травм и химической обработки на UPE у растений.

Для проведения экспериментов исследователи спроектировали сверхтемные помещения, чтобы исключить помехи от окружающего света. Затем они использовали камеру с электронным умножителем и зарядовой связью (EMCCD) для визуализации растений и камеру с зарядовой связью (CCD) с системой IVIS для визуализации изменений UPE у мышей.

Результаты показали, что, несмотря на то, что обе группы имели одинаковую температуру тела 37°C, живые мыши показали сильные выбросы, тогда как UPE у умерщвленных мышей был почти погашен. У растений повышение температуры и травмы привели к увеличению интенсивности UPE. Поврежденные участки были последовательно ярче, чем неповрежденные части — изменение первых наблюдалось после того, как участок подвергался любой химической обработке.

Это исследование устанавливает, что UPE может действовать как чувствительный индикатор жизнеспособности у животных и стрессовых реакций у растений. Исследователи предполагают, что эти результаты могут катализировать применение визуализации UPE в качестве неинвазивного метода как для базовых биологических исследований, так и для клинической диагностики.