所有生物都在发出极其微弱的可见光，死后就会消失（你也一样）

人们的认知通常会被限制在肉眼所见的范围之内，不过也有少数人能捅破这层气泡。在历史上，一部分科学家仅通过一个精巧的实验就做到了这一点，例如著名的豌豆实验和双缝干涉实验。出生于19世纪70年代的俄罗斯生物学家亚历山大·加夫里洛维奇·古尔维奇（Alexander Gavrilovich Gurwitsch）也是其中的一员。古尔维奇醉心于研究胚胎的发育和分裂。1923年，他通过一个洋葱实验发现了一个特别的现象，名为“有丝分裂辐射”。

洋葱实验

在洋葱等植物的根部会有一个分生区，这里的植物细胞会通过有丝分裂迅速分裂和繁殖，进而让根部快速生长。令古尔维奇感兴趣的是，一个洋葱根的生长是否会影响另一个洋葱的根。他修剪了2个洋葱的根部，均各留下一条笔直的根，然后将它们垂直放置。他以一个洋葱的根作为“发射端”，垂直指向另一个洋葱根的分生区。他尝试将玻璃或石英放在两个根的中间，然后他切开作为“接收端”的洋葱根的分生区。

他发现，靠近“发射端”一侧和远离的一侧中，正在分裂的细胞的数量明显不一样——好像洋葱之间真的隔空传输了一些信息，造成了这种改变。他还发现这种信息可以被玻璃阻挡，却能穿透石英——后来，这种信息被发现是一种极其微弱的可见光，但当时这个实验引起了诸多的好奇和质疑。如今，已有很多研究都发现，不仅是洋葱，在所有已研究的生物系统中，从细胞一直到人类，都会自发发射少量光子，大概为每平方厘米每秒10～10³个光子，所在光谱范围为200～1000 纳米（从近红外、可见光到紫外）。这种现象也被称为超微弱光子辐射（ultraweak photon emission，UPE）。

光子点亮了我们所看见的整个世界。在更广泛的范围内，每个物体的温度只要高于绝对零度，其内部的原子和电子就会不断振荡，会让物体表面释放热辐射，即光子。当物体内部和表面的温度相当时，其释放的辐射也称为“黑体辐射”（black-body radiation，BBR）。根据斯忒藩—玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law），当一个黑体的热力学温度（以开尔文计量的温度）翻倍，其辐射释放的能量就会变成原来的16倍，这也意味着温度越高，释放的能量越高，辐射的光子就会从红外线移动到可见光，再到紫外线。这就是为何人体表释放的是红外辐射，而太阳还可以释放可见光和紫外线。

在有生命的个体中，我们更为熟悉的是一些可以自发发光的生物，包括一些细菌、昆虫、海洋藻类和甲壳生物等。这些生物会产生一些特定的荧光素酶和荧光素底物，两者反应会生成激发态的氧化产物，这些产物回落时也会释放光子。

UPE既不是生物的黑体辐射，也不是自发光生物发出的辐射。很多研究发现，UPE源于细胞内的生化反应和代谢过程。相比于生物自发发光的强度，UPE则十分微弱，只有通过特别精密的仪器才能检测到。但在可见光范围内，UPE又明显高于热辐射，因为生物体的黑体辐射在可见光范围内几乎为0。

生存还是毁灭

今年4月，在一项发表于《物理化学快报杂志》（The Journal of Physical Chemistry Letters）的新研究中，加拿大卡尔加里大学的研究人员探究了当一个生物从存活到死亡后，其UPE会如何变化，以及温度、损伤等是否会导致UPE变化。

考虑到生物发射的UPE十分微弱，他们采用了可以捕捉释放的每一个光子的电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）和电荷耦合器件（CCD）相机，分别检测了植物——包括拟南芥（Arabidopsis thaliana）植株和新鲜切下的鹅掌藤（Heptapleurum arboricola）叶片，以及无毛小鼠的UPE。

在使用异氟烷对无毛小鼠进行全身麻醉后，他们将其放置在成像台上，并在成像前让小鼠先适应30分钟。实验结束后，他们用二氧化碳对麻醉中的小鼠实施了安乐死，并重复上述的操作。在两个成像实验中，小鼠的体温始终都维持在37摄氏度，然而活小鼠发射的UPE强度，却始终明显高于已经死亡的小鼠。在拍摄的图像中，被麻醉的活小鼠有着强劲的UPE，它们的头部、心肺区域和腹部充满了光亮点，这也意味着活小鼠的这些区域正在进行丰富的细胞活动和代谢活动。

对死亡小鼠UPE的成像则显示，它们身上只剩下很少的“亮点”。这些“亮点”可以与活小鼠身上“更亮的点”相互对应，昭示着小鼠死亡后代谢和能量变化的停止。这样意味着，生与死带来的巨大差异对生物的UPE有着巨大影响。正常情况下，温度会在细胞的生化反应和代谢调节中，都发挥着十分重要的作用。但显然这似乎只在活体小鼠中才有影响。

在对植物的成像中，该研究主要测试了植物在遭受损伤和不同化学试剂后UPE的变化——可能是由于植物难以被立刻杀死。研究所用的化学试剂包括异丙醇、过氧化氢（H₂O₂）和苯佐卡因。研究人员发现，对于植物而言，温度升高和损伤都会导致它们的UPE强度增加。不过让他们意外的是，在叶片的损伤处涂抹局部麻醉剂（苯佐卡因）时，植物的UPE辐射强度最高，甚至高于过氧化氢和异丙醇。

此前的研究发现，在生物体内，UPE的出现和活性氧 (ROS) 密切相关，包括过氧化氢、超氧阴离子（O₂–）和羟基自由基（·OH）。当这些活性氧（ROS）诱导脂质过氧化和蛋白质氧化时，会产生激发态的中间体，而激发态回到基态时，就会释放光子产生UPE。而生物体在遭遇环境毒素、病原体或生理失衡等应激源时，它们通常会自发产生ROS，作为细胞应激的信号分子。

因此，过氧化氢作为一种活性氧分子，而异丙醇作为一种环境毒素，都会增加植物的UPE。研究人员推测，苯佐卡因可能破坏了植物的离子通道活性或干扰与应激反应相关的信号通路，进而导致了UPE增加，不过还需要后续进一步的研究。较高温度之所以会增加UPE是由于高温会加速机体代谢，促进线粒体呼吸和酶促反应等，使得机体内的ROS数量增加。

随着衰老而增加

正如上文所言，除了应激反应，活性氧还是线粒体电子传递链中的关键副产物。不过在低水平的情况下，活性氧并没有危害，它能调节线粒体的活动和代谢过程、细胞信号以及参与适应性应激反应。与此同时，人体也会产生超氧化物歧化酶、谷胱甘肽等分子，来中和活性氧，进而控制其水平。

不过，一旦这种平衡被打破，人体积累了过量的活性氧，就可能带来一些糟糕的后果。活性氧会攻击细胞中的各种分子，包括脂肪酸、蛋白质和核酸等，导致代谢性疾病、神经系统疾病等。实际上，这个过程一直在每个人体内发生，因为随着人的年龄增加，体内的活性氧一直都在缓慢增加，而UPE也会随之变化。2016年的一项研究曾尝试基于参与者双手的UPE来判断其氧化损伤情况，进而预测参与者的年龄。研究人员发现，这是可行的，参与者实际年龄与预测年龄的平均差异仅为7.6±0.8岁。

另外一项在2023年发表于iScience的研究则发现在雄性大鼠脑海马中，UPE强度增加与阿尔茨海默病、记忆力下降、氧化应激之间存在明显相关性。基于这一发现，研究人员提出了可以开发一种微创的脑机接口 (BCI) 光子芯片，用于监测和诊断阿尔茨海默病。或许在不久的将来，通过监测人体UPE的变化来判断人体的健康状态。卡尔加里大学的研究人员也认为，UPE可以作为一个检测细胞代谢、氧化应激和生理健康的敏感指标。

在UPE的研究上，还有一些科学家走得更远，他们正在探究UPE在细胞之间和细胞内的通讯作用，并且猜测在细胞内可能会有支持UPE传递的通道。不过是否真实如此，还需要更多的研究。