Biophoton

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In der Biophysik und Alternativmedizin wird von einigen Autoren der Begriff „Biophotonen“ (gr. βίος Leben, gr. φως Licht) für diejenigen Lichtquanten verwendet, die ein Teil der schwachen elektromagnetischen Strahlung biologischer Zellen sind. Damit unterscheidet man die Biophotonik von der Biolumineszenz.

Eine eventuelle physiologische Bedeutung dieses Phänomens wird aus wissenschaftlicher Sicht diskutiert, ist aber noch umstritten. Die Theorie der Biophotonen ist in Entwicklung. Physikalisch kann die Strahlung mittels hochempfindlicher Photonendetektoren nachgewiesen werden. Da diese Messung jeweils nur die abgestrahlten Photonen erfassen kann, ist der Rückschluss auf die in den Zellen herrschenden Strahlungsverhältnisse nicht direkt möglich. Kritiker dieser Theorie weisen darauf hin, dass insbesondere die postulierte Kohärenz der Photonen nicht nachweisbar sei. Befürworter führen an, dass die Zellen elektromagnetsiche Resonatoren ausbilden könnten, die eine hohe Güte aufweisen und deshalb so wenige Biophotonen emittiert würden. Die bisher entwickelte Messtechnik ist noch nicht in der Lage, diese Streitfragen zu klären.

[Bearbeiten] Geschichte

In den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts gelangte der russische Biologe Alexander Gurwitsch nach Experimenten mit keimenden Zwiebeln zu der Auffassung, dass lebende Zellen eine sehr schwache Lichtstrahlung abgeben. Er nannte sie „mitogenetische Strahlung“, und zwar aufgrund seiner Vermutung, dass diese Strahlung die Zellteilung (Mitose) auslösen könne. Wegen der aufkommenden Biochemie, die Zellprozesse als Folgen von biochemischen Signalketten beschreibt, wurde diese Vermutung nicht weiter untersucht.

Verschiedene experimentelle Hinweise auf eine ultraschwache Photonenemission von biologischen Systemen blieben in der Folgezeit weitgehend unbeachtet. Die Quelle dieser „dunklen Lumineszenz“ wurde, soweit man die Existenz überhaupt anerkannte, auf spontane Unvollkommenheiten des Zellstoffwechsels (z.B. Oxidations- und Radikalreaktionen) zurückgeführt. Eine biologische Bedeutung wurde bezweifelt. Hauptwidersacher von Gurwitschs Thesen war der Biochemiker Alexander Holländer. Er und andere Wissenschaftler waren der Meinung, dass die Entdeckung solange zweifelhaft bliebe, bis die Strahlung objektiv gemessen sei.

1954 gelang es den italienischen Astronomen L. Colli, U. Facchini u.a., die Lichtemission von Pflanzenzellen direkt zu messen, indem sie einen Photonenverstärker verwendeten, den sie zur Beobachtung weit entfernter Sterne gebaut hatten. Als sie diesen auf Blätter, Weizen-, Mais- und Bohnenkeime richteten, entdeckten sie eine schwache, ungefähr konstante Photonenemission. Spätestens mit den Messungen von Terence Quickenden et al. 1967 an der Universität von West-Australien gilt die schwache spontane Lichtaussendung von Zellen als etablierter Fakt. In der Folgezeit wurde von einzelnen Wissenschaftlern die Hypothese aufgestellt, dass Körperzellen über ihre elektromagnetische Strahlung untereinander Signale austauschen – ohne Umweg über chemische Botenstoffe.

In den 70er-Jahren wiesen mehrere Wissenschaftler erneut Photonenstrahlung aus biologischem Gewebe nach, unter anderem der deutsche Physiker Fritz-Albert Popp, der zunächst an der Universität Marburg arbeitete, bald aber ein neues Institut für seine Forschungen gründete. Um eine Verwechslung mit der z.B. von Leuchtkäfern bekannten und offen sichtbaren Biolumineszenz auszuschließen, nannte er die ultraschwache biologische Strahlung „Emission von Biophotonen“. Popp vermaß das Spektrum dieser Strahlung und fand Wellenlängen zwischen 200 und 800 nm mit einer kontinuierlichen Verteilung, sowie Intensitäten von wenigen bis einigen hundert Quanten pro Sekunde und pro Quadratzentimeter Oberfläche. Popp vermutete, dass diese Strahlung, wie bei Laserlicht, kohärent ist. Wegen der extrem geringen Wahrscheinlichkeit einer Photonenemission pro Zelle, nämlich typischerweise weniger als ein Photon pro Monat, vergehen durchschnittlich mehr als 100 Jahre bis zur erneuten Emission eines Photons gleicher Wellenlänge, wodurch der direkte Nachweis der Kohärenz mittels Wellenüberlagerung unmöglich ist. Zur Hypothese der Kohärenz liegen bislang theoretische und experimentelle Studien in folgenden Artikeln vor:

F. A. Popp and K. H. Li: Hyberbolic Relaxation as a Sufficient Condition of a Fully Coherent Ergodic Field, International Journal of Theoretical Physics 32 (1993), 1573–1583.
F. A. Popp and Y. Yan: Delayed luminescence of biological systems in terms of coherent states, Physics Letters A 293 (2002), 93–97.
F.A.Popp, J.J.Chang, A.Herzog, Z.Yan and Y.Yan: Evidence of non-classical (squeezed) light in biological systems. Physics Letters A 293 (2002), 98–102.

Die in diesen Artikeln vorgestellten Theorien und Messungen liefern nach Ansicht der meisten Wissenschaftler keinerlei schlüssige Hinweise oder gar Beweise für eine tatsächliche Kohärenz der ausgesandten Strahlung, was der Forschungsgruppe um Popp viel Kritik einbrachte.

Zusammen mit einer Gruppe von Wissenschaftlern, unter anderem aus ausländischen staatlichen Universitäten und Forschungsinstituten, erforschen heute Popp und Kollegen im Internationalen Institut für Biophysik (IIB) bei Neuss nicht nur die Eigenschaften der Strahlung, sondern gehen unter Einschluss der äußeren Anregung mit Lasern und anderen Lichtquellen der so genannten „verzögerten Lumineszenz“, ("delayed luminescence") und damit verbundenen verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten nach. Unter diesen Wissenschaftlern befindet sich Lew Beloussow, ein Enkel Alexander Gurwitschs, der an der Moskauer Staatsuniversität einen Lehrstuhl für Embryologie hat.

Allgemein bildet die Untersuchung schwacher, von Lebewesen oder biologischem Material ausgesandter elektromagnetischer Strahlung einen Teilbereich der Biophotonik. Dieser Begriff beschreibt im heutigen Sprachgebrauch ganz allgemein die Verbindung von Biologie und Photonik, also unter anderem alle Arten von medizinischen Untersuchungs- und Heilungsmethoden und Bildgebungsverfahren auf optischer Basis.

[Bearbeiten] Interpretation

Alle Objekte, ob biologisch oder nicht, emittieren Wärmestrahlung, abhängig von ihrer Temperatur. Diese Strahlung wurde bei den oben erwähnten Messungen berücksichtigt und subtrahiert. Da die betrachteten Zellen keine speziellen Leuchtstoffe (Luciferine o.ä.) beinhalten, gehört die untersuchte Strahlung nicht zur klassischen Biolumineszenz, die ein Vielfaches intensiver als die gemessene „Biophotonenstrahlung“ ist.

Die schwache, über die Schwarzkörperstrahlung hinausgehende Emission (deren Intensität in etwa der einer Kerze auf 20 km Entfernung gleichkommt) wird möglicherweise vom Zustand der Zellen mitbestimmt. Nach vorherrschender Meinung beruht die Strahlung auf den bekannten chemischen Reaktionen im Rahmen des Stoffwechsels, z.B. dem Verbrennen von Nährstoffen, und der dabei entstehenden Prozesswärme. Gegenstand der kontroversen Diskussion ist, ob Lichtquanten in Zellen stehende Wellen ausbilden können, die in Wechselwirkung mit den Zellorganellen treten, um Stoffwechselfunktionen zu beeinflussen. Kritiker bezeichnen Photonen als Elementarteilchen, die keine unterschiedlichen spezifischen biologischen Funktionen erfüllen können. Letzteres erscheint eher unwahrscheinlich, weil Licht bekanntlich großen Einfluss auf den Stoffwechsel von Zellen hat, insbesonder bei Chlorophyll haltigen Pflanzen. Die Frage nach der Ursache und Wirkungsweise der Regulations- und Kommunikationsvorgänge in den Zellen gilt als noch nicht ausrecihend geklärt.

[Bearbeiten] Anwendung

Die Gruppe von Popp arbeitet an Verfahren für die Anwendung ihrer Lehre in der Qualitätsanalyse von Lebensmitteln, bei der Beobachtung von Umwelteinflüssen, in der Bio-Indikation, in der Analyse von Unterschieden in Geweben (zum Beispiel zwischen gesunden und Tumorgeweben), in den Bemühungen um ein tieferes Verständnis von Krankheiten. Die Gruppe versteht ihre Tätigkeit als ganzheitlichen Ansatz zur Erklärung biologischer Phänomene lebender Systeme, insbesondere der Kommunikations- und Regulationsvorgänge in Zellen und Zellpopulationen – wie Wachstum und Differenzierung, einschließlich physikalischer Fragen zum Verständnis des Bewusstseins.

Es ist noch unklar, inwieweit Messungen von Biophotonen zur Lebensensmittelanalyse geeignet sind und welche Aussagekraft die Messergebnisse haben. Es sind jedoch bereits Geräte patentiert und könnten in wenigen Jahren für Verbraucher verfügbar sein, die eine Qualitätsanalyse vor dem Kauf z.B. im Supermarkt ermöglichen sollen.^[1]

[Bearbeiten] Ideengeschichtliche Einordnung

In den Hypothesen über „Biophotonen“ sehen Kritiker den Versuch einer Wiederbelebung des Vitalismus, eines Konzepts, das in Biologie und Medizin im Laufe des 19. Jahrhunderts aufgegeben worden war. Statt der immateriellen Lebenskräfte des herkömmlichen Vitalismus werde nun ein pseudowissenschaftlicher Neovitalismus propagiert.

Dies erklärt zum einen die Distanz der etablierten biologischen und medizinischen Wissenschaft zu Forschungen über Biophotonen, zum anderen aber auch das große Interesse bei einigen Vertretern der Alternativmedizin.

[Bearbeiten] Literatur

Marco Bischof: Biophotonen: Das Licht in unseren Zellen ISBN 3861500957
Fritz-Albert Popp: Die Botschaft der Nahrung. Unsere Lebensmittel in neuer Sicht ISBN 3596114594
Fritz-Albert Popp: Biologie des Lichts. Grundlagen der ultraschwachen Zellstrahlung ISBN 382632692X
L.Beloussov and F.A.Popp (eds.): Biophotonics. Proc.Int.Conf.Moscow State University 1994, Bioinform-Services, Russia 1995.
J.J.Chang, J.Fisch and F.A.Popp (eds.), Biophysics: Biophotonics. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht-Boston-London 2003.
F.A.Popp and L.Beloussov (eds.): Integrative Biophysics: Biophotonics, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht-Boston-London 2003.
X.Shen and R.van Wijk (eds.):Biophotons and Biophotonics. Springer, Berlin-New York, 2004.