曾处于科学探索边缘 生物光子研究正被重新审视

来源：科技日报

◎本报记者 张佳欣

加拿大卡尔加里大学量子物理学家丹尼尔·奥布拉克及其同事去年发布了一组小鼠照片，引发国际科学界关注。他们将4只麻醉后的小鼠置于完全黑暗环境中，利用高灵敏度相机进行拍摄。结果显示，小鼠身体周围出现了肉眼无法看到的微弱光芒，形成一幅犹如“生命剪影”的图像。而当研究人员再次拍摄已经死亡的小鼠时，原本清晰可见的光信号几乎消失，只剩下少量零星亮点。

奥布拉克表示，看到这组照片的瞬间，是一个“具有决定性意义的时刻”。仿佛他们拍摄到的不只是小鼠，而是生命本身。

事实上，这些微弱光芒并非神秘现象，而是生命活动产生的一种自然信号。包括人体在内，几乎所有生命体都会持续释放极其微弱的光，这些光被称为“生物光子”。长期以来，由于信号强度极低、产生机制复杂，这一现象一直处于科学探索边缘。

近期，随着高灵敏度成像技术和单光子探测技术发展，这种微光终于来到聚光灯下。科学家开始认真审视这些隐藏在生命活动中的微光，并探索其在疾病诊断、健康监测以及生命机制研究中的潜在价值。

经历百年沉浮重获关注

生物光子的历史可以追溯到约100年前。1911年，俄罗斯生物学家亚历山大·古尔维奇通过“洋葱实验”提出，生长中的细胞可能会释放一种能够影响邻近细胞活动的微弱光信号，并推测细胞之间可能存在光介导的信息交流。然而，由于多个实验室难以重复该实验，这一发现很快被归入“伪科学”。

直到20世纪50年代，随着光电倍增管等高灵敏探测设备出现，科学家才确认，从细菌、植物到哺乳动物，生命体确实会持续释放微弱光子。这种光强度远低于人眼感知范围，覆盖从紫外光到近红外光的多个波段，与萤火虫等生物发光有着本质区别。

20世纪70年代至21世纪初，德国生物物理学家弗里茨-阿尔伯特·波普提出“生物光子”概念，并认为这些光具有类似激光的相干性。但由于相关观点与一些非主流医学联系，该领域长期受到质疑。

近年来，随着探测器灵敏度的提升和研究方法的规范化，更多学者开始以严谨态度审视这一现象。英国伦敦大学学院研究线粒体生物化学的尼克·莱恩则表示：“这是一个处在科学认可边缘的领域，但并不意味着它就是错误的。”

奥布拉克团队2025年发表的小鼠活体成像，正是在冷却至近-100℃的高灵敏度CCD相机支持下完成的视觉证明，它让同行和公众第一次直观看到，生物光子确实与生命活动紧密相伴。

或打开疾病诊断新窗口

对于研究人员而言，生物光子的最大吸引力在于，它可能成为观察细胞健康状况的新窗口。

生物光子产生于细胞有氧代谢的核心——线粒体。代谢过程中产生的活性氧分子会生成处于激发态的中间产物，当这些分子回落到稳定状态时，便以光子形式释放能量。当细胞面临感染、损伤等应激时，活性氧大量产生，光子发射也随之爆发式增加。

这一机制为疾病早期检测提供了新思路。癌症、心血管疾病和神经退行性疾病均与氧化应激升高相关，而生物光子成像可能捕捉到这些代谢异常的信号。

多个团队正在推进相关研究。例如，意大利国家核物理研究所毛里齐奥·本法托团队发现，健康星形胶质细胞与胶质母细胞瘤细胞的发射模式存在差异；加拿大威尔弗里德·劳里埃大学团队也观察到，正常皮肤细胞与黑色素瘤细胞之间存在类似现象。奥布拉克团队则报告，阿尔茨海默病模型大鼠与健康大鼠海马组织的生物光子发射特征不同。

“这是一种全新的生命信号。”奥布拉克的同事、理论量子物理学家克里斯托夫·西蒙认为，人类目前只是刚刚开始认识它。

“光通信”假说仍需验证

现在，科学家更大胆的设想是：生物光子是否还承担着信息传递功能？

一些实验为这一设想提供了线索。英国威斯敏斯特大学团队将分离的线粒体置于密封石英容器中，向一个容器加入毒素后，相邻容器的线粒体呼吸速率随之下降，癌细胞来源的线粒体反应更强。当加入不透光的铝箔后，这种影响随之消失，提示线粒体之间可能存在依赖光信号的交流方式。

在大脑中，神经元活动与生物光子发射强度相关，但大脑却拥有特殊的受体，对难以穿透颅骨的光敏感，其原因未明。西蒙通过模型提出，髓鞘可能让轴突充当微型光纤，引导光子在大脑内定向传播。若脑细胞确实部分以光通信，或许能解释仅靠电信号难以说明的学习与认知机制。耶鲁大学光敏通路专家艾莉森·斯威尼指出，一种名为火体虫的生物已会用自身发光在神经元间传递信号，人类大脑也可能进化出类似机制，只是从未有人去寻找。

当然，这些尚属高度推测。捷克科学院生物电动力学专家米哈尔·西弗拉认为，当前第一要务仍是夯实基础证据，从诊断应用起步。他已建立开放网络Biophotoniq，以推动方法标准化，并设计了3D打印避光成像盒，希望降低技术门槛，吸引更多研究者参与。

从看见一束肉眼不可见的光，到寻找生命运行的新规律，百年前那个曾被边缘化的发现，正在被重新审视。或许，在这些微弱的“生命之光”中，蕴藏着理解健康、疾病乃至生命本质的新线索。如今这条探索之路，才刚刚开始。