الفوتون الحيوي

يمكن الكشف عن الفوتونات الحيوية باستخدام مضاعفات ضوئية أو بواسطة كاميرا CCD فائقة الدقة لإنتاج صورة، وذلك باستخدام زمن تعريض يبلغ عادةً 15 دقيقة للمواد النباتية. ^{[ 11 ] [ 5 ]} وقد استُخدمت أنابيب المضاعفات الضوئية لقياس انبعاثات الفوتونات الحيوية من بيض الأسماك، ^{[ 12 ]} كما استُخدمت في بعض التطبيقات لقياس الفوتونات الحيوية من الحيوانات والبشر. ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} واستُخدمت أيضًا كاميرات CCD المضاعفة للإلكترونات (EM-CCD) المُحسّنة للكشف عن الضوء الخافت للغاية ^{[ 16 ]} للكشف عن التلألؤ الحيوي الذي تُنتجه خلايا الخميرة في بداية نموها. ^{[ 17 ]}

يتراوح الانبعاث الإشعاعي النموذجي المرصود للأنسجة البيولوجية في نطاق الترددات المرئية وفوق البنفسجية من 10⁻¹⁷ ^إلى 10⁻²³ ^واط /سم² ^مع عدد فوتونات يتراوح من بضعة إلى ما يقرب من 1000 فوتون لكل سم² ^في الثانية في نطاق 200  نانومتر إلى 800  نانومتر. ^{[ 1 ]}

في دراسة أجريت عام 2025، تم تصوير أربعة فئران باستخدام نظام CCD عالي الحساسية لمدة ساعة واحدة وهي على قيد الحياة، ثم مرة أخرى بعد فترة وجيزة من قتلها الرحيم. حُفظت أجسامها والمنصة الداعمة عند درجة حرارة 37 درجة مئوية (99 درجة فهرنهايت) في كلتا الحالتين لتقليل تأثير درجة الحرارة كعامل مُربك. كان انبعاث الفوتونات من الجسم بأكمله أقل بكثير بعد الموت. ^{[ 18 ]} تتعلق هذه النتيجة بانبعاث كيميائي حيوي خافت للغاية لا يمكن رصده إلا باستخدام كاميرات حساسة؛ فهو غير مرئي للعين المجردة. ^{[ 4 ]}  

يُعدّ تخطيط الدماغ الضوئي تقنية حديثة تُستخدم لتتبع انبعاثات الفوتونات الحيوية الضعيفة للغاية، وخاصة تلك الصادرة من الدماغ البشري. ومن خلال الكشف عن هذه الإشارات الضوئية الخافتة، توفر هذه التقنية طريقة غير جراحية لدراسة النشاط العصبي. ^{[ 19 ]}

استُخدم تصوير الفوتونات الحيوية المنبعثة من الأوراق كطريقة لتحليل استجابات جينات المقاومة (R). ^{[ 11 ]} هذه الجينات والبروتينات المرتبطة بها مسؤولة عن التعرف على مسببات الأمراض وتفعيل شبكات الإشارات الدفاعية، مما يؤدي إلى استجابة فرط الحساسية ، ^{[ 24 ]} وهي إحدى آليات مقاومة النباتات للعدوى المرضية. وتشمل هذه الاستجابة توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، التي تلعب أدوارًا حاسمة في نقل الإشارات أو كعوامل سامة تؤدي إلى موت الخلايا. ^{[ 25 ]}

لوحظت الفوتونات الحيوية أيضًا في جذور النباتات المُجهدة. في الخلايا السليمة، يتم تقليل تركيز أنواع الأكسجين التفاعلية بواسطة نظام من مضادات الأكسدة البيولوجية. تُغير الصدمة الحرارية وغيرها من الضغوط التوازن بين الإجهاد التأكسدي ونشاط مضادات الأكسدة؛ على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الارتفاع السريع في درجة الحرارة إلى انبعاث الفوتونات الحيوية المرتبطة بأنواع الأكسجين التفاعلية. ^{[ 26 ]}

أظهرت دراسة تصويرية أجريت عام 2025 على أوراق نبات رشاد أذن الفأر ( Arabidopsis thaliana) وشجرة المظلة القزمة ( Heptapleurum arboricola ) أن انبعاث الضوء من الخلايا النباتية يزداد عمومًا مع ارتفاع درجة الحرارة، ويكون أقوى في المناطق المتضررة منه في الأنسجة السليمة. وقد أدت المعالجات الكيميائية إلى تغيير نمط الانبعاث. وقدّمت الدراسة هذه التأثيرات كمؤشرات محتملة لإجهاد النبات، لكنها لم تُحدد تطبيقًا تشخيصيًا محددًا لها. ^{[ 4 ] [ 18 ]}

في عشرينيات القرن العشرين، أبلغ عالم الأجنة الروسي ألكسندر غورفيتش عن انبعاثات فوتونات "ضعيفة للغاية" من الأنسجة الحية في نطاق الأشعة فوق البنفسجية من الطيف. وأطلق عليها اسم "الأشعة المحفزة للانقسام الخلوي" لأن تجاربه أقنعته بأن لها تأثيرًا محفزًا على انقسام الخلايا . ^{[ 27 ]}

في سبعينيات القرن العشرين، أظهر فريتز-ألبرت بوب وفريقه البحثي في ​​جامعة ماربورغ ( ألمانيا ) أن التوزيع الطيفي للانبعاث يمتد على نطاق واسع من الأطوال الموجية، من 200 إلى 750  نانومتر. ^{[ 28 ]} وقد وُجهت انتقادات لعمل بوب حول الخصائص الإحصائية لانبعاث الفوتونات الحيوية، وتحديدًا الادعاءات المتعلقة بتماسكها، لافتقارها إلى الدقة العلمية. ^{[ 2 ]}

تركز إحدى آليات الفوتونات الحيوية على الخلايا المتضررة التي تتعرض لمستويات عالية من الإجهاد التأكسدي ، والذي يُعدّ أحد مصادر الضوء، ويمكن اعتباره بمثابة "إشارة استغاثة" أو عملية كيميائية أساسية، إلا أن هذه الآلية لم تُثبت بعد. إن صعوبة تحديد آثار أي فوتونات حيوية مفترضة وسط التفاعلات الكيميائية العديدة الأخرى بين الخلايا تجعل من الصعب وضع فرضية قابلة للاختبار. وتناقش مقالة مراجعة نُشرت عام 2010 العديد من النظريات المنشورة حول هذا النوع من الإشارات. ^{[ 29 ]}

تعرضت فرضية التواصل الخلوي بواسطة الفوتونات الحيوية لانتقادات شديدة لفشلها في تفسير كيفية تمكن الخلايا من اكتشاف الإشارات الفوتونية الأضعف بعدة مراتب من الإضاءة الخلفية الطبيعية. ^{[ 30 ]}