Budiž světlo!

Každý z vás už ve svém životě jistě spatřil světlušku, která díky obsahu luciferinu dokáže emitovat zelenkavé světlo. Bio- a chemiluminiscence jsou jevy známé již poměrně dlouho a kromě světlušky je lze také pozorovat u některých řas, medúz, ryb, hub nebo bakterií. Ve všech těchto případech se obvykle jedná o emisi viditelného světla s poměrně velkou intenzitou, kterou zaznamenají i naše oči. Málokdo ale ví, že k emisím světla dochází i uvnitř našich buněk - a to na mnohem slabší úrovni.

Již na počátku 20. století provedl ruský vědec Alexandr Gurwitsch zajímavý experiment, kdy mezi dva kořeny cibule vložil křemen (elektrický izolant) a po nějaké chvíli zjistil, že buňky jednoho z kořenů začaly vykazovat známky zrychlené mitózy. Gurwitsch navrhl, že by se mohlo jednat o jakousi nechemickou indukci, kterou nazval "mitogenní" záření. Nikdo však jeho práci nebral moc vážně a zapadla kdesi v šuplíku. S vývojem Geiger-Müllerových počítačů se výrazně zlepšila citlivost detekce elektromagnetického záření a několik dalších vědeckých týmů pozorovalo v rámci buněk něco podobného - jakoby buňky emitovaly velmi slabé světlo. Stále to ale nijak nepoutalo pozornost a druhá světová válka výzkum tohoto jevu na dlouhá léta pohřbila. Až v 80. letech se podařilo na izolovaných mitochondriích dokázat, že při reakcích metabolismu kyslíku dochází uvnitř těchto organel k emisím slabounkého světla v UV oblasti, což by mohlo být i příčinou jakési nechemické interakce mezi molekulami. Interakce by probíhaly pouze jako výměna fotonů. Následně se toto téma konečně stalo žhavé a s experimenty se roztrhl pytel. Dnes se tomuto buněčnému vyzařování říká ultraslabá fotonová emise (UPE - ultra weak photon emission) a například tady naleznete moc hezké review této problematiky od experimentu samotného Gurwitsche až po současnost.

Co o těchto emisích zatím víme? Většinou se jedná o fotony v rozmezí 200 - 800 nanometrů, tedy od UV po NIR (near-infrared), přičemž intenzita je velmi slabá - pouze několik stovek fotonů za jednu sekundu na centimetr čtvereční. Emise těchto fotonů jsou spojovány především s redoxními reakcemi uvnitř mitochondrií v rámci buněčného dýchání a tedy souvisí i s kyslíkem a jeho reaktivními produkty (některé procesy jsou hodně podobné fotosyntéze u rostlin). Kromě mitochondrií bylo vyzařování pozorováno také u mikrotubulů, které doslova fungují jako "optická vlákna" a emise světla by tak mohla sloužit jako nitrobuněčná vysokorychlostní komunikace. Jelikož je buněčné prostředí plné různých chromoforů, nemusí docházet jenom k světelné emisi, ale také k absorpci, což by podporovalo hypotézu vzájemné komunikace. Jedná se především o molekuly tyrosin, tryptofan a NAD(P)H.

Zhruba před půl rokem byla publikována studie, ve které vědci měřili teplotou indukované dynamické entropické fluktuace u molekuly DNA ječmene, přičemž zaznamenali nárůst fotoindukovaného proudu a spontánní produkci energie touto molekulou. Následné provedení výpočtů odhadlo množství této energie na zhruba 25 mJ, což odpovídá vlnové délce kolem 80 nanometrů. A to je UV světlo. Zajímavé bylo také zjištění, že k uvolňování energie dochází skokově během fázových přechodů molekuly DNA. Nabízí se tak hypotéza, že tyto jemné světelné fluktuace by mohly hrát roli při různých autoregulačních procesech, kterých je DNA schopná.

Ještě zajímavější výsledky přinesla studie publikovaná před dvěma měsíci, v níž vědci pomocí pokročilých zobrazovacích technik zaznamenávali ultraslabou fotonovou emisi celých "těl" některých rostlin, ale i laboratorních myší. Snímala se jak emise za fyziologických podmínek, tak emise pod vlivem různých stresorů. No a samozřejmě změřili také produkci světla u "čerstvě" zemřelých myší a došli k předvídatelnému závěru. A to k takovému, že myši... zhasly. Přínos této studie spočívá v tom, že změny v emisi těchto fotonů by nám v budoucnu mohly pomoci odhalit řadu neprozkoumaných metabolických procesů jak v rámci fyziologie, tak v rámci patologie. Výhodou také je, že objekt lze zobrazit naprosto neinvazivně bez použití jakýchkoliv značek nebo ionizujícího záření. Všechno je ale zatím otázka budoucnosti, protože zaznamenat tak malou intenzitu světla s vysokou přesností je i technologická výzva, jelikož citlivost dnešních přístrojů je značně ovlivněna i okolním světelným šumem.

Celý výzkum kolem tohoto jevu je velmi zajímavý, protože se ukazuje, že světlo je nejenom všude kolem nás, ale taky uvnitř nás. A jelikož je emise ultraslabých fotonů z velké části vázaná na buněčné dýchání, možná jste skutečně tím, co dýcháte... a taky tím, co svítíte.