همه ما میدرخشیم؛ اما چرا؟
پژوهشگران میگویند همه موجودات زنده، از انسان و حیوان گرفته تا گیاهان، نوری بسیار ضعیف و نامرئی از خود منتشر میکنند؛ پدیدهای که «بیوفوتون» نام دارد و اکنون دانشمندان در حال بررسی این موضوع هستند که آیا این درخشش میتواند به تشخیص بیماریها، ارزیابی سلامت سلولها و حتی کشف سازوکاری تازه برای ارتباط میان سلولها کمک کند یا خیر.
در سال ۲۰۲۵، دانیل اوبلاک، فیزیکدان کوانتومی، و همکارانش تصاویری از موشها منتشر کردند که در سراسر جهان خبرساز شد. پژوهشگران چهار موش بیهوش را درون یک محفظه تاریک قرار دادند و یک دوربین حساس را به سمت آنها نشانه رفتند.
دوربین جریان فوتونهایی را که از پوست حیوانات منتشر میشد ثبت کرد؛ سیگنالی نوری که آن قدر ضعیف بود که با چشم انسان دیده نمیشد، اما در تصاویر دوربین به شکل درخششی شبح مانند و به شکل بدن موش قابل مشاهده بود.
به نقل از نیچر، در پایان آزمایش، موشها کشته شدند و تقریبا به عنوان یک اقدام جانبی، گروه پژوهشگران حیوانات مرده را دوباره داخل محفظه قرار داد تا از آنها تصویربرداری کند. این بار درخشش ناپدید شده بود؛ به جز چند نقطه نور باقیمانده، موشها عملا در نویز پسزمینه محو شده بودند.
این مطالعه به سرعت در فضای مجازی منتشر شد. پژوهشگران با انبوهی از پیامها مواجه شدند؛ از ادعای یک درمانگر که میگفت دستهایش نور منتشر میکنند تا گزارشهای شاهدان عینی درباره درختان درخشان. رسانههای سراسر جهان این پرسش را مطرح کردند که آیا هالههای نورانی واقعا وجود دارند یا خیر.
اوبلاک تأکید میکند فوتونهایی که او ثبت کرده ارتباط چندانی با چنین ادعاهایی ندارند؛ به ویژه از این جهت که چشم غیرمسلح انسان نمیتواند این تابشهای ضعیف را ببیند. او در عوض این پدیده را نشانهای از به بلوغ رسیدن یک حوزه علمی میداند که برای مدت طولانی به درستی درک نشده بود و آن مطالعه بیوفوتونها است که سلولهای زنده تولید میکنند.
وجود بیوفوتونها، که به آنها تابشهای فوتونی فوقالعاده ضعیف نیز گفته میشود، مدتها پیش از ثبت آن تصاویر چشمگیر توسط تیم اوبلاک اثبات شده بود. این تابشها از فرایندهای متابولیکی درون سلولها، معمولا در میتوکندریها، سرچشمه میگیرند.
با این حال، او و دیگر پژوهشگران در حال مطالعه آنها هستند، به این امید که بیوفوتونها بتوانند به عنوان نشانگرهای ظریف بیماری یا سلامت مورد استفاده قرار گیرند. اگر دانشمندان بتوانند نشانههایی را که حاکی از واکنش خود سلولها به این فوتونهاست تایید کنند، این موضوع میتواند درک آنها از نحوه عملکرد حیات را گسترش دهد.
این ایده که سلولها ممکن است از طریق نور با شدت بسیار پایین با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، نخستین بار در دهه ۱۹۲۰ توسط زیستشناس روس، الکساندر گورویچ مطرح شد.
او آزمایشهایی با ریشههای پیاز انجام داد و گزارش کرد که نوک یک ریشه در حال رشد میتواند تقسیم سلولی را در ریشهای مجاور تحریک کند. این اثر زمانی متوقف میشد که ریشهها با صفحات مات یا شیشهای از یکدیگر جدا میشدند، اما اگر صفحه از کوارتز ساخته شده بود، این اثر همچنان ادامه داشت؛ زیرا کوارتز اجازه عبور پرتو فرابنفش را میدهد.
گورویچ نتیجه گرفت که سلولهای ریشه در حال تولید فوتونهای فرابنفش هستند و به این فوتونها نیز پاسخ میدهند.
به گفته سیفرا، پس از آن موجی از پژوهشها در این زمینه شکل گرفت، اما بازتولید این اثر دشوار بود. او میگوید: مردم علاقه خود را از دست دادند و تصور کردند این فقط شبهعلم است.
در دهه ۱۹۵۰، مطالعات با استفاده از لولههای فوتومولتیپلایر که دستگاههایی هستند که نور بسیار ضعیف را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکنند و آنقدر حساس هستند که میتوانند فوتونهای منفرد را نیز شمارش کنند، تایید کردند که سامانههای زنده، از باکتریها گرفته تا گیاهان و پستانداران، واقعا نور منتشر میکنند.
شدت این نور کمی پایینتر از حدی است که چشم انسان در تاریکی سازگارشده میتواند آگاهانه ببیند؛ یعنی فقط حدود دهها تا صدها فوتون در هر سانتیمتر مربع در هر ثانیه. این تابش طیفی از طول موجها را پوشش میدهد که شامل نور مرئی نیز میشود و از فرابنفش تا نزدیک فروسرخ امتداد دارد.
این پدیده با تابش حرارتی متفاوت است؛ تابشی که همه سطوح، چه زنده و چه غیرزنده، بر اساس دمای خود تولید میکنند. همچنین با نور بسیار درخشانتری که موجودات زیستتاب، مانند کرمهای شبتاب و عروسهای دریایی تولید میکنند نیز تفاوت دارد.
از دهه ۱۹۷۰ تا اوایل دهه ۲۰۰۰، فریتس-آلبرت پوپ مدعی شد بیوفوتونها تصادفی منتشر نمیشوند، بلکه مانند نور لیزر توسط یک میدان الکترومغناطیسی کوانتومی منسجم سازماندهی میشوند. با این حال، سیفرا میگوید نبود شواهد برای همدوسی کوانتومی به معنای بیارزش بودن مطالعه بیوفوتونها نیست و با فناوری و روشهای دقیقتر، این حوزه میتواند اعتبار علمی بیشتری پیدا کند.
نور و سلامت
مطالعه اوبلاک درباره موشهای زنده و مرده، نمایش بصری چشمگیری از ارتباط نزدیک این فوتونها با حیات بود. اما امید اصلی این است که بیوفوتونها بتوانند پنجرهای به سوی سلامت سلول باز کنند.
بیوفوتونها در جریان متابولیسم هوازی تولید میشوند؛ فرایندی که در آن سلولها از اکسیژن برای تجزیه مواد مغذی و استخراج انرژی استفاده میکنند. این فرایند عمدتا در میتوکندریها رخ میدهد.
گونههای فعال اکسیژن (ROS) در جریان متابولیسم سلولی میتوانند با ایجاد مولکولهای برانگیخته، موجب انتشار بیوفوتونها شوند. از آنجا که گونههای فعال اکسیژن در پاسخ به آسیب و عفونت نیز افزایش مییابد، پژوهشگران معتقدند تغییرات نور منتشرشده میتواند بازتابی از استرس سلولی و وضعیت سلامت باشد.
آزمایش روی برگ گیاه نیز افزایش سریع انتشار فوتون در محل آسیب را نشان داد. این یافتهها این امید را ایجاد کردهاند که روزی بتوان از بیوفوتونها برای ارزیابی فعالیت متابولیکی و حتی تشخیص زودهنگام بیماریهایی مانند سرطان، بیماریهای قلبیعروقی و زوال عصبی استفاده کرد.
چندین گروه پژوهشی در حال بررسی این موضوع هستند که آیا بیوفوتونها میتوانند نشانههای اولیه سرطان را آشکار کنند یا خیر.
پژوهشگران دریافتهاند که الگوی انتشار بیوفوتونها در سلولهای سالم و سرطانی متفاوت است. این تفاوت در سلولهای مغزی و پوستی مشاهده شده و اکنون پژوهشگران در حال بررسی این هستند که آیا میتوان با شمارش فوتونها و بدون نمونهبرداری، سرطانهایی مانند ملانوما را در پوست تشخیص داد یا خیر. پژوهشگران لزوما برای بررسی بیوفوتونها به تجهیزات پیشرفته نیاز ندارند؛ این موضوع به آنچه قصد ثبت آن را دارند بستگی دارد.
زیستفیزیکدان پزشکی در دانشگاه تورنتو کانادا، میگوید از آن جا که سلولهای سرطانی وضعیت متابولیکی متفاوتی نسبت به سلولهای غیرسرطانی دارند، تعجبآور نیست که در انتشار بیوفوتونها نیز تفاوتهایی وجود داشته باشد.
او معتقد است بیوفوتونها ممکن است به عنوان یک ابزار پژوهشی مفید باشند؛ برای مثال، برای بررسی اینکه داروها چگونه بر سلولها اثر میگذارند. اما او مطمئن نیست که این روش بتواند اطلاعات مفیدی از بیماران ارائه کند.
هدف اولیه مطالعه اوبلاک روی موشها این بود که مشخص شود آیا بیوفوتونها میتوانند وجود تومورها در زیر پوست حیوانات را آشکار کنند یا خیر.
اما او میگوید در تصاویر، سیگنال قطعی و قابلاتکایی مشاهده نشد؛ شاید به این دلیل که فوتونهای اضافی در بافت مرده اطراف تومورها یا خود پوست پراکنده شده بودند.
با این حال، این تیم گزارش کرده است که انتشار بیوفوتونها از بافت هیپوکامپ گرفته شده از موشهای سالم با انتشار نور از بافت موشهایی که به نوعی از بیماری آلزایمر القاشده با مواد شیمیایی مبتلا شده بودند، متفاوت است.
این پژوهش هنوز در مراحل اولیه قرار دارد، اما تیم پژوهشی میگوید در آینده ممکن است بتوان نشانههای بیماری را با استفاده از یک تراشه فوتونیکی کوچک متصل شده به داخل جمجمه پایش کرد.
مطالعات متعددی گزارش کردهاند که سلولهایی که با موانع شفاف از یکدیگر جدا شدهاند، میتوانند بر یکدیگر اثر بگذارند؛ از فعال کردن گلبولهای سفید گرفته تا تغییر پیامرسانی کلسیمی یا سرعت رشد.
بازتولید این آثار اغلب دشوار است و مطالعات نیز همیشه به طور کافی سایر عوامل احتمالی را حذف نکردهاند؛ برای مثال، انتقال مواد شیمیایی از طریق هوا. با این حال برخی آزمایشها را نمیتوان به سادگی ندیده گرفت.
برای مثال، گروهی در دانشگاه وستمینستر لندن، میتوکندریهای جداشده را در ظروف کوارتزی مهرومومشده بررسی کرد. افزودن یک ماده سمی به یکی از ظروف باعث کاهش سرعت تنفس میتوکندریهای موجود در ظروف مجاور شد. همچنین میتوکندریهای سلولهای سرطانی واکنش شدیدتری نسبت به میتوکندریهای ردههای سلولی سالم نشان دادند. این اثر با قرار دادن یک مانع مات از فویل آلومینیومی متوقف شد.
یکی از ویژگیهایی که ممکن است به جدا شدن این تابشها از نویز پسزمینه کمک کند، این است که سیگنال نه در تکتک فوتونها، بلکه در الگوی کلی و هماهنگ انتشار نور قرار داشته باشد.
پژوهشگران همچنین در حال بررسی این موضوع هستند که آیا بیوفوتونها ممکن است توسط سلولهای درون بدن ما نیز حس شوند یا خیر.
اما اگر فوتونها واقعا در تنظیم فرایندهای سلولی نقش داشته باشند، درک این سازوکار نه تنها میتواند به آزمایشهای تشخیصی، بلکه به درمانها نیز منجر شود؛ درمانهایی که بتوانند این سامانه را هنگام اختلال دوباره تنظیم کنند.
در واقع، برخی پژوهشگران پیشنهاد کردهاند که پیامرسانی بیوفوتونی ممکن است یکی از سازوکارهایی باشد که توضیح میدهد چرا درمان با نور قرمز یا نزدیک فروسرخ ظاهرا بر بسیاری از فرایندهای زیستی، از پیری پوست و درد مفاصل گرفته تا اختلالات زوال عصبی، اثر میگذارد.
بحثبرانگیزتر از این موضوع، این پرسش است که آیا بیوفوتونها در مغز ما کار مفیدی انجام میدهند یا خیر.
نورونها، مانند همه سلولها، در نتیجه متابولیسم خود بیوفوتون منتشر میکنند و نشان داده شده است که فعالیت نورونی با شدت انتشار بیوفوتون ارتباط دارد.
اما این موضوع ثابت نمیکند که خود بیوفوتونها نقشی در پیامرسانی دارند.
با این حال، نکته جالب این است که مغز حاوی گیرندههای نوری برای طول موجهایی است که تقریبا نمیتوانند از جمجمه عبور کنند و پژوهشگران نمیدانند چرا این گیرندهها وجود دارند.
میتوان تصور کرد که این گیرندهها ممکن است به فوتونهایی که در داخل بدن تولید میشوند، واکنش نشان دهند. انتظار میرود فوتونهای تولید شده توسط سلولها در جهات تصادفی پراکنده شوند و هر بار که با بافت برخورد میکنند، بخشی از انرژی خود را از دست بدهند.
اگر سلولهای مغزی تا حدی با استفاده از نور با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، این موضوع ممکن است به توضیح برخی جنبههای یادگیری و تفکر کمک کند که توضیح آنها صرفا بر اساس پیامرسانی الکتریکی دشوار است.
در نهایت، چیزی که بسیاری از پژوهشگران بیوفوتون را به خود جذب میکند، این احتمال است که پیامرسانی با نور، ویژگی مشترک و جهانی در زیستشناسی باشد؛ البته با شدت نوری بسیار کمتر از نوری که موجودات زیستتاب تولید میکنند.
با این حال، نخستین چالش ممکن است متقاعد کردن پژوهشگرانی خارج از این حوزه باشد که تا به طور کلی به این پدیده توجه کنند.
اوبلاک میگوید زمان آن رسیده است که بیوفوتونها جدی گرفته شوند. این پژوهش و علم واقعی و این یک اثر واقعی است.
منبع: ایسنا
