所有生物都在发出微弱的光,这光有什么用?

作者: aeks | 发布时间: 2026-07-29 06:02 | 更新时间: 2026-07-29 06:02

学科分类: 光学工程 物理学 生物医学工程

2025年,加拿大卡尔加里大学量子物理学家丹尼尔·奥布拉克(Daniel Oblak)团队发表了一项引人注目的研究:他们将麻醉后的小鼠置于全黑密室中,用超低温冷却的高灵敏CCD相机成功捕捉到活体小鼠皮肤持续发出的极其微弱的光——即‘生物光子’(又称超弱光子发射)。这种光太暗,人眼完全无法察觉,但在相机图像中呈现为幽灵般、轮廓清晰的鼠形辉光;而小鼠死亡后再次成像时,辉光几乎完全消失,仅剩零星噪点。这一生死对比的直观画面被研究者称为“定义性时刻”,仿佛第一次真正“拍到了生命本身”。

生物光子并非神秘能量,而是细胞有氧代谢的自然副产物:线粒体内,活性氧(ROS)等中间产物在电子跃迁回稳态过程中释放光子,波长覆盖紫外至近红外范围。它既不同于所有物体都会发出的热辐射,也不同于萤火虫等生物发光(bioluminescence)那种明亮、酶促驱动的强光。

该现象早在1920年代就由俄罗斯生物学家亚历山大·古尔维奇提出——他发现洋葱根尖能通过紫外线样信号影响邻近根尖分裂,但因结果难以重复,长期被视为伪科学。1950年代起,光电倍增管证实从细菌、植物到哺乳动物普遍存在此类发射;1970年代后,德国物理学家弗里茨-阿尔伯特·波普提出更具争议的假说,认为生物光子具有激光般的量子相干性,并可能解释针灸、顺势疗法等效应,导致主流学界长期回避该领域。

如今,随着探测技术进步和方法论日趋严谨,研究正回归科学轨道。多项实验表明:生物光子强度与细胞状态紧密相关——如植物叶片受伤后切口处立即爆发光子流,并向外扩散成环;癌细胞、阿尔茨海默病模型大鼠海马组织、氧化应激状态下的皮肤或脑细胞,其光子发射强度、波长分布或动态模式均与健康组织存在可测量差异。已有团队尝试用光子计数区分良性痣与黑色素瘤,或识别脑胶质瘤细胞,探索其作为无创早筛工具的潜力。

不过,临床应用仍面临挑战:信号极弱(每平方厘米每秒仅数十至数百光子),易受组织散射和背景噪声干扰;多伦多大学医学生物物理学家布莱恩·威尔逊直言,目前尚难构想出可靠的临床诊断方案。此外,一个更根本的疑问是:这些光子是否只是代谢‘废料’,还是细胞间真正的通讯信号?部分实验显示,被石英隔开的线粒体或细胞可相互影响生理活动,且铝箔遮挡后效应消失,暗示光信号可能参与其中;但批评者指出,多数结果重复性差,且难以排除化学物质扩散等混杂因素。若确有光通讯,其机制可能不依赖单个光子,而在于整体发射模式的协调性——例如发芽扁豆种子的光子波动呈现复杂时序规律。未来研究方向包括开发颅内微型光子芯片监测神经退行病变、评估器官移植前活力、优化种子萌发率等。正如理论物理学家克里斯托夫·西蒙所言:“我们才刚刚触碰到这个全新信号世界的表面。”

DOI: 10.1038/d41586-026-02311-z

标签: 无创检测 氧化应激 生物光子 线粒体代谢 细胞通讯