vor 4 Stunden
1
Lebewesen umgibt ein messbares Licht – das erlischt, wenn sie sterben. Möglicherweise gilt das auch für Menschen. Die Lichtteilchen, Photonen genannt, entstehen im Zellstoffwechsel. Mit neuen Bildgebungssystemen konnten sie nun sichtbar gemacht werden.
Lebende Organismen umgibt eine Aura – die mit dem Tod zu erlöschen beginnt. Möglicherweise gilt das auch für Menschen. Lebende Zellen senden Lichtteilchen im sichtbaren Bereich aus, bestätigt eine im „Journal of Physical Chemistry Letters“ vorgestellte Studie. So bizarr das Ergebnis klingen mag: Experten sehen eine Reihe handfester potenzieller Anwendungsmöglichkeiten.
Die Lichtteilchen, Photonen genannt, entstehen als Nebenprodukte des Zellstoffwechsels. Als ultraschwache Photonenemission (UPE, engl. ultra-weak photon emission) wird das schon seit Jahrzehnten untersuchte Phänomen bezeichnet, das sich von anderen biologischen Lichtemissionsprozessen wie Biolumineszenz und Chemilumineszenz unterscheidet.
„Ultraschwach bedeutet in diesem Zusammenhang, dass es sich um extrem geringe Lichtmengen handelt – typischerweise nur wenige Photonen – die selbst mit hochsensibler Messtechnik nur mit großem Aufwand nachweisbar sind“, erklärte Stefan Schramm von der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTWD), der selbst nicht an der Analyse beteiligt war.
Zusammenhang mit Stoffwechselvorgängen
„Die genauen molekularen Ursachen dieser Emissionen sind noch nicht abschließend geklärt“, sagte Schramm. „Es gilt jedoch als plausibel, dass sie im Zusammenhang mit normalen Stoffwechselvorgängen stehen, insbesondere mit der Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS).“ Diese entstünden bei biochemischen Prozessen im Organismus und könnten instabile Zwischenprodukte erzeugen, die spontan zerfallen und dabei Photonen emittieren. „Damit gibt es Parallelen zur klassischen Biolumineszenz, wie man sie etwa von Glühwürmchen kennt – allerdings ist UPE um mehrere Größenordnungen schwächer und ohne technische Hilfsmittel nicht sichtbar.“
Die Vermutung, dass solche „Biophotonen“ existieren, konnte mangels ausreichend empfindlicher Technik lange nicht bewiesen werden. Zudem sind Messungen nur in absolut dunklen Kammern möglich, weil das Tages- und Raumlicht oder allein schon das Licht von Instrumentenanzeigen die extrem schwache Lebensaura überlagert. In den letzten Jahren wurde dann über erste Nachweise ultraschwacher Photonenemissionen bei Bakterien, Pilzen, Samen und tierischem Gewebe berichtet.
Das Team um Daniel Oblak von der Universität Calgary bestätigte in Experimenten mit Mäusen und zwei Pflanzenarten mithilfe neuer Bildgebungssysteme nun, dass Lebewesen geringe Mengen an Photonen im sichtbaren Bereich abgeben. Zudem verglichen es das Phänomen bei lebenden und toten Mäusen. Verwendet wurden besonders lichtempfindliche sogenannte EMCCD-Kameras, die in der Lage sind, selbst extrem schwache Lichtsignale aufzulösen. Es liegt nahe, dass ähnliche Phänomene auch beim Menschen auftreten.
Das Licht erlischt mit dem Tod
Vier unter Vollnarkose gesetzte Mäuse wurden einzeln in eine dunkle Box gelegt und eine Stunde lang abgebildet, bevor sie eingeschläfert und eine weitere Stunde lang abgebildet wurden. Die Mäuse wurden dabei auch nach ihrem Tod auf Körpertemperatur erwärmt, um zu verhindern, dass die Photonenemission sich temperaturabhängig veränderte.
Ergänzend gab es Testreihen mit Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) und Kleiner Strahlenaralie (Heptapleurum arboricola), deren Blätter zum Teil schädlichen Chemikalien wie Alkohol, Wasserstoffperoxid und Benzocain oder Hitze ausgesetzt wurden. Hintergrund dafür ist, dass Lebewesen, die Stressoren wie Umweltgiften ausgesetzt sind, häufig vermehrt reaktive Sauerstoffspezies produzieren.
Gewissermaßen eine Fotografie dieser emissionsbasierten Aura.
Der Fortschritt der Studie liege darin, dass nicht nur die UPE detektiert, sondern auch ihre räumliche Verteilung auf der Oberfläche von Lebewesen sichtbar gemacht wurde, erklärte Schramm. „Gewissermaßen eine Art Fotografie dieser emissionsbasierten Aura.“
Die Versuche zeigten deutlich, dass tote Mäuse kaum noch Photonen abgeben – ihr Lebenslicht erlischt im wörtlichen Sinne. Bei den Pflanzen beobachteten die Forscher, dass ein Temperaturanstieg und Verletzungen eine erhöhte UPE-Intensität zur Folge hatte. Auch chemische Behandlungen veränderten die UPE-Emissionseigenschaften.
Die Untersuchung der ultraschwachen Photonenemission sei von grundlegender Bedeutung für die Grundlagenforschung, da sie nicht-invasive Einblicke in Stoffwechselprozesse von Organismen ermögliche, heißt es in der Studie. Schramm erklärte, er halte die Analyse für einen spannenden Schritt, der die UPE-Forschung potenziell in Richtung anwendungsorientierter Fragestellungen öffne.
Vitalität von Tieren und Stress von Pflanzen erkennen
Das Team um Oblak sieht eine Reihe möglicher künftiger Verwendungsmöglichkeiten: Die UPE-Bildgebung könne eine nicht-invasive, markierungsfreie Darstellung der Vitalität von Tieren und der Stressreaktion von Pflanzen ermöglichen, hoffen die Forscher. Sie spekulieren zudem darauf, dass sich das geisterhafte Leuchten womöglich in Zukunft für Messungen dazu nutzen lässt, ob wir uns wortwörtlich strahlender Gesundheit erfreuen.
Wichtig zu betonen sei, dass das Verständnis der genauen biochemischen Mechanismen hinter dieser Art von Emission noch sehr lückenhaft ist, sagte Schramm. „Die Interpretation solcher Lichtaurabilder muss daher mit großer wissenschaftlicher Sorgfalt erfolgen, um Fehldeutungen oder pseudowissenschaftlichen Spekulationen vorzubeugen.“
Zu den ungeklärten Fragen gehört Experten zufolge zum Beispiel, ob die Biophotonen lediglich ein Nebenprodukt von Reaktionen sind oder eine bestimmte Rolle für die Gesundheit und die Kommunikation innerhalb und zwischen Zellen spielen.
dpa/wb
English (US) ·