Mọi sinh vật sống, từ vi khuẩn đơn giản đến con người, đều phát ra ánh sáng yếu ớt mà mắt thường không thể nhìn thấy, thông qua hiện tượng phát xạ photon cực yếu (UPE - ultraweak photon emission). Một nghiên cứu gần đây từ Đại học Calgary đã làm sáng tỏ hiện tượng này, cho thấy UPE không chỉ là dấu hiệu của sự sống mà còn phản ánh trạng thái stress sinh học ở động vật và thực vật. Với tiềm năng ứng dụng trong nghiên cứu sinh học và y học, UPE mở ra một hướng đi mới để khám phá bản chất của sự sống và các phản ứng sinh hóa phức tạp trong cơ thể.

UPE: ánh sáng tự nhiên từ sinh vật sống

Phát xạ photon cực yếu (UPE) là hiện tượng các sinh vật sống tự phát ra ánh sáng cường độ thấp trong phổ 200-1,000 nm, không cần kích thích từ bên ngoài. Khác với phát quang sinh học (bioluminescence), vốn tạo ra ánh sáng mạnh mẽ như ở đom đóm, UPE quá yếu để mắt thường phát hiện và chỉ có thể được ghi nhận bằng các thiết bị nhạy như máy quang phổ hoặc máy ảnh chuyên dụng trong môi trường tối hoàn toàn. Theo nghiên cứu từ Đại học Calgary, UPE được ghi nhận ở nhiều dạng sống, bao gồm vi khuẩn, thực vật, động vật và con người, cho thấy đây là một đặc điểm phổ quát của sự sống.

UPE bắt nguồn từ các phản ứng hóa sinh trong tế bào, đặc biệt liên quan đến các phân tử chứa oxy hoạt tính (ROS - reactive oxygen species). ROS là sản phẩm phụ tự nhiên của quá trình trao đổi chất, được tạo ra khi tế bào sử dụng oxy để sản xuất năng lượng. Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng ROS đóng vai trò trung tâm trong việc kích hoạt UPE, đặc biệt khi sinh vật gặp stress sinh học. Ví dụ, khi thực vật chịu tác động từ nhiệt độ cao, tổn thương cơ học hoặc hóa chất, các con đường sinh hóa sản xuất ROS được kích hoạt, dẫn đến tăng cường độ UPE.

UPE và sự sống: thí nghiệm trên chuột và thực vật

Nghiên cứu của Đại học Calgary đã sử dụng kỹ thuật chụp ảnh tiên tiến để đo lường UPE ở chuột và thực vật. Trong thí nghiệm trên chuột, các nhà khoa học nhận thấy chuột sống phát ra ánh sáng UPE mạnh hơn đáng kể so với chuột vừa chết, mặc dù cả hai có cùng nhiệt độ cơ thể (37°C). Sau khi chết, UPE giảm mạnh và gần như biến mất, cho thấy hiện tượng này gắn liền với các quá trình sinh học duy trì sự sống. Điều này khẳng định UPE có thể là một chỉ số nhạy để đánh giá trạng thái sống của động vật.

Ở thực vật, UPE thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố stress. Khi thực vật bị tổn thương cơ học hoặc tiếp xúc với nhiệt độ cao, cường độ UPE tăng rõ rệt, đặc biệt tại các vùng bị thương. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng những khu vực tổn thương luôn phát ra ánh sáng mạnh hơn so với các phần không bị ảnh hưởng. Điều này cho thấy UPE không chỉ phản ánh trạng thái sinh lý mà còn đóng vai trò như một tín hiệu báo hiệu stress ở thực vật, giúp chúng kích hoạt các cơ chế bảo vệ tế bào.

Ý nghĩa sinh học và tiềm năng ứng dụng

UPE không chỉ là một hiện tượng lý thú mà còn mang ý nghĩa sinh học sâu sắc. Nghiên cứu chỉ ra rằng sự sản xuất ROS quá mức, thường xảy ra khi sinh vật chịu stress oxy hóa, là nguyên nhân chính dẫn đến UPE. Khi khả năng chống oxy hóa của tế bào bị vượt quá, các phân tử ROS kích hoạt các phản ứng hóa học phát ra photon. Do đó, UPE có thể được sử dụng như một chỉ số không xâm lấn để đánh giá mức độ stress oxy hóa và sức khỏe tế bào.

Các nhà khoa học đề xuất rằng UPE có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Trong nghiên cứu sinh học cơ bản, UPE có thể giúp làm sáng tỏ các cơ chế sinh hóa liên quan đến sự sống và stress. Trong y học, kỹ thuật chụp ảnh UPE có thể được phát triển thành một phương pháp chẩn đoán không xâm lấn để phát hiện sớm các rối loạn tế bào, như ung thư hoặc bệnh thoái hóa thần kinh, vốn liên quan chặt chẽ đến stress oxy hóa. Ngoài ra, trong nông nghiệp, UPE có thể được sử dụng để theo dõi sức khỏe thực vật, tối ưu hóa các biện pháp canh tác và phát hiện sớm các yếu tố stress môi trường.

Mặc dù mang lại nhiều hứa hẹn, nghiên cứu về UPE vẫn đối mặt với thách thức. Cường độ ánh sáng cực yếu của UPE đòi hỏi các thiết bị đo lường có độ nhạy cao và môi trường thí nghiệm được kiểm soát chặt chẽ, làm tăng chi phí và độ phức tạp. Ngoài ra, mối liên hệ chính xác giữa UPE và các quá trình sinh học cụ thể vẫn cần được khám phá sâu hơn để đảm bảo tính đặc hiệu của kỹ thuật này trong các ứng dụng thực tiễn.

Phát xạ photon cực yếu là một cửa sổ độc đáo để nhìn vào bản chất của sự sống, nơi mọi sinh vật đều phát ra ánh sáng như một dấu hiệu của các quá trình sinh hóa phức tạp. Nghiên cứu từ Đại học Calgary đã khẳng định UPE là chỉ số nhạy bén về sự sống và stress sinh học, mở ra tiềm năng ứng dụng trong sinh học, y học và nông nghiệp. Dù vẫn còn những thách thức cần vượt qua, UPE hứa hẹn sẽ trở thành một công cụ mạnh mẽ, giúp con người hiểu sâu hơn về sự sống và phát triển các giải pháp công nghệ tiên tiến để cải thiện chất lượng cuộc sống.

P.A.T (NASTIS), theo Nature, 5/2025