ביופוטון

ביופוטונים ( מיוונית βίος שפירושו "חיים" ו-φῶς שמשמעו "אור") הם פוטונים של אור בטווח האור הנראה הנמוך והאולטרה סגול, המיוצרים על ידי מערכת ביולוגית. פליטת אור זו אינה קרינה תרמית (לא נובעת מפאת החום של הגוף הפולט). מבחינה טכנית פליטת ביופוטונים היא סוג של ביולומינסנציה, אם כי ביולוגית זו קשורה בדרך כלל למערכת לוציפרין / לוציפראז בעלת בהירות גבוהה יותר. אין לבלבל את המונח ביופוטון המשמש במובן הצר הזה עם התחום הרחב יותר של ביופוטוניקה, החוקר את האינטראקציה הכללית של אור עם מערכות ביולוגיות. רקמות ביולוגיות פולטות בדרך כלל קרינה בתדרים הנראים והאולטרה סגולים הנעים בין 17- 10 ל- 23- 10 W/cm 2 (כ-1-1000 פוטונים/ס"מ2 / לשנייה ). רמת האור הנמוכה הזו היא בעלת עוצמה חלשה בהרבה מהאור הנראה המופק על ידי ביולומינסנציה, למרות זאת ניתן לזהות ביופוטונים ברקמות כיוון שעצמתם גבוהה מהקרינה התרמית שנפלטת על ידי רקמות בטמפרטורה הרגילה שלהן. קיומם של ביופוטונים התגלה ב-1923 על ידי אלכסנדר גורביץ' שזכה בפרס סטלין ב-1941 על עבודתו.זיהוי של ביופוטונים דווח על ידי מספר קבוצות, והועלו השערות לפיהן הם מצביעים על מצבן של רקמות ביולוגיות ומאפשרים צורה של תקשורת תאית. השערות אלו עדיין בבדיקה,. זיהוי ביופוטונים נעשה באמצעות מכפילור או באמצעות מצלמת CCD עם רעש נמוך במיוחד כדי להפיק תמונה, תוך שימוש בזמן חשיפה ארוך במיוחד (15 דקות) לחומרים צמחיים. למדידת פליטת ביופוטונים מביצי דגים השתמשו במכפילור, ובכמה יישומים מדדו ביופוטונים מבעלי חיים ומבני אדם. מכפילור CCD (EM-CCD) המותאם לזיהוי אור חלש במיוחד שימש גם כדי לזהות את ה-ביולומינסנציה הנפלטת על ידי תאי שמרים בתחילת צמיחתם. בסביבה ביו-מולקולרית נוצרים רדיקלים או שמתבצעת קטליזה על ידי אנזימים (כלומר, פרוקסידאז, ליפוקסיגנאז ). תגובות כאלה יכולות להוביל להיווצרות אלקטרון בטריפלט, המשחרר פוטון עם חזרה לרמת אנרגיה נמוכה יותר בתהליך מקביל לפוספורסצנציה. תהליך זה גורם לפליטת ביופוטונים ספונטנית, והוכח על ידי מחקרים שניתן להוריד את פליטת הביופוטונים על ידי הורדת נוגדי החמצון ברקמה או על ידי הוספת נגזרות של קרבוניל. מצד שני הוכח כי ניתן להגדיל את הפליטה על ידי הוספת רדיקלים. Popp FA (במאי 2003). "Properties of biophotons and their theoretical implications". Indian Journal of Experimental Biology. 41 (5): 391–402. PMID 15244259. {{cite journal}}: (עזרה) Cifra M, Brouder C, Nerudová M, Kučera O (2015). "Biophotons, coherence and photocount statistics: A critical review". Journal of Luminescence. 164: 38–51. arXiv:1502.07316. Bibcode:2015JLum..164...38C. doi:10.1016/j.jlumin.2015.03.020. Beloussov LV, Opitz JM, Gilbert SF (בדצמבר 1997). "Life of Alexander G. Gurwitsch and his relevant contribution to the theory of morphogenetic fields". The International Journal of Developmental Biology. 41 (6): 771–7, comment 778–9. PMID 9449452. {{cite journal}}: (עזרה) Takeda M, Kobayashi M, Takayama M, Suzuki S, Ishida T, Ohnuki K, et al. (באוגוסט 2004). "Biophoton detection as a novel technique for cancer imaging". Cancer Science. 95 (8): 656–61. doi:10.1111/j.1349-7006.2004.tb03325.x. PMID 15298728. {{cite journal}}: (עזרה) Rastogi A, Pospísil P (באוגוסט 2010). "Ultra-weak photon emission as a non-invasive tool for monitoring of oxidative processes in the epidermal cells of human skin: comparative study on the dorsal and the palm side of the hand". Skin Research and Technology. 16 (3): 365–70. doi:10.1111/j.1600-0846.2010.00442.x. PMID 20637006. {{cite journal}}: (עזרה) Niggli HJ (במאי 1993). "Artificial sunlight irradiation induces ultraweak photon emission in human skin fibroblasts". Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 18 (2–3): 281–5. doi:10.1016/1011-1344(93)80076-L. PMID 8350193. {{cite journal}}: (עזרה) Bajpai R (2009). "Biophotons: a clue to unravel the mystery of "life"". In Meyer-Rochow VB (ed.). Bioluminescence in Focus - a collection of illuminating essays. Vol. 1. Kerala, India: Research Signpost. pp. 357–385. ISBN 9788130803579. OCLC 497860307. Zarkeshian P, Kumar S, Tuszynski J, Barclay P, Simon C (במרץ 2018). "Are there optical communication channels in the brain?". Frontiers in Bioscience (Landmark Edition). 23 (8): 1407–1421. arXiv:1708.08887. doi:10.2741/4652. PMID 29293442. {{cite journal}}: (עזרה) Bennett M, Mehta M, Grant M (בפברואר 2005). "Biophoton imaging: a nondestructive method for assaying R gene responses". Molecular Plant-Microbe Interactions. 18 (2): 95–102. doi:10.1094/MPMI-18-0095. PMID 15720077. {{cite journal}}: (עזרה) "Research suggests cells communicate via biophotons". במאי 2012. נבדק ב-26 בינואר 2016. {{cite web}}: (עזרה) Kobayashi M, Kikuchi D, Okamura H (ביולי 2009). "Imaging of ultraweak spontaneous photon emission from human body displaying diurnal rhythm". PLOS ONE. 4 (7): e6256. Bibcode:2009PLoSO...4.6256K. doi:10.1371/journal.pone.0006256. PMC 2707605. PMID 19606225. {{cite journal}}: (עזרה) Dotta BT, Saroka KS, Persinger MA (באפריל 2012). "Increased photon emission from the head while imagining light in the dark is correlated with changes in electroencephalographic power: support for Bókkon's biophoton hypothesis". Neuroscience Letters. 513 (2): 151–4. doi:10.1016/j.neulet.2012.02.021. PMID 22343311. {{cite journal}}: (עזרה) Joines WT, Baumann SB, Kruth JG (2012). "Electromagnetic emission from humans during focused intent". Journal of Parapsychology. 76 (2): 275–294. Khaoua I, Graciani G, Kim A, Amblard F (בפברואר 2021). "Detectivity optimization to detect of ultraweak light fluxes with an EM-CCD as binary photon counter array". Scientific Reports. 11 (1): 3530. Bibcode:2021NatSR..11.3530K. doi:10.1038/s41598-021-82611-8. PMC 7878522. PMID 33574351. {{cite journal}}: (עזרה) Khaoua I, Graciani G, Kim A, Amblard F (במאי 2021). "Stochastic light concentration from 3D to 2D reveals ultraweak chemi- and bioluminescence". Scientific Reports. 11 (1): 10050. Bibcode:2021NatSR..1110050K. doi:10.1038/s41598-021-88091-0. PMC 8113247. PMID 33976267. {{cite journal}}: (עזרה) Cilento G, Adam W (ביולי 1995). "From free radicals to electronically excited species". Free Radical Biology & Medicine. 19 (1): 103–14. doi:10.1016/0891-5849(95)00002-F. PMID 7635351. {{cite journal}}: (עזרה) Ursini F, Barsacchi R, Pelosi G, Benassi A (ביולי 1989). "Oxidative stress in the rat heart, studies on low-level chemiluminescence". Journal of Bioluminescence and Chemiluminescence. 4 (1): 241–4. doi:10.1002/bio.1170040134. PMID 2801215. {{cite journal}}: (עזרה) Kataoka Y, Cui Y, Yamagata A, Niigaki M, Hirohata T, Oishi N, Watanabe Y (ביולי 2001). "Activity-dependent neural tissue oxidation emits intrinsic ultraweak photons". Biochemical and Biophysical Research Communications. 285 (4): 1007–11. doi:10.1006/bbrc.2001.5285. PMID 11467852. {{cite journal}}: (עזרה) Boveris A, Cadenas E, Reiter R, Filipkowski M, Nakase Y, Chance B (בינואר 1980). "Organ chemiluminescence: noninvasive assay for oxidative radical reactions". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 77 (1): 347–51. Bibcode:1980PNAS...77..347B. doi:10.1073/pnas.77.1.347. PMC 348267. PMID 6928628. {{cite journal}}: (עזרה)