物理科技生物学-PHYICA

首次直接观察磁场对活细胞中黄素自发荧光欧美性色生活片的影响

生物 2022-06-02 00:03:34

东京大学 东京大学的研究人员检测到细胞对磁场的自发荧光变化,这是理解从鸟类到蝴蝶等动物如何利用地球地磁场导航的关键一步

一束短暂的蓝光照射在单个HeLa(人类宫颈癌)细胞的特定区域(蓝圈),然后测量细胞发射回来的光(中心)

细胞自发荧光仅出现在用蓝光照射的区域(中间,右侧)

信用:池亚和伍德沃德,抄送 日本研究人员首次观察到生物磁接收——活的、未改变的细胞实时响应磁场

这一发现对于理解从鸟类到蝴蝶的动物如何利用地球磁场导航以及解决我们环境中的弱电磁场是否会影响人类健康的问题是至关重要的一步

东京大学的乔纳森·伍德沃德教授说:“这项研究令人高兴的是,两个单个电子的自旋之间的关系可以对生物学产生重大影响。”他和博士生池边登博一起进行了这项研究

该结果最近发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上

自20世纪70年代以来,研究人员一直怀疑,因为磁铁可以吸引和排斥电子,地球的磁场,也称为地磁场,可以通过影响化学反应来影响动物的行为

当一些分子被光激发时,一个电子可以从一个分子跳到另一个分子,产生两个带有单个电子的分子,称为自由基对

单个电子可以以两种不同的自旋状态之一存在

如果两个自由基具有相同的电子自旋,它们随后的化学反应会很慢,而具有相反电子自旋的自由基对反应会更快

磁场可以影响电子自旋状态,从而直接影响涉及自由基对的化学反应

在过去的50年里,化学家们已经发现了多种反应和一种叫做隐色体的特殊蛋白质,这种蛋白质对试管环境中的磁场很敏感

生物学家甚至观察到,通过基因干扰果蝇和蟑螂体内的隐色体,可以消除昆虫根据地磁信号导航的能力

其他研究表明,鸟类和其他动物的地磁导航是光敏的

然而,以前没有人测量过由于磁场而直接改变的活细胞内部的化学反应

伍德沃德和池亚与HeLa细胞合作,Hela细胞是研究实验室中常用的人类宫颈癌细胞,他们对黄素分子特别感兴趣

黄素是隐色体的一个亚单位,隐色体本身是一组普通的、研究充分的分子,当暴露在蓝光下时会自然发光或发出荧光

它们是生物学中重要的感光分子

当黄素被光激发时,它们可以发出荧光或产生自由基对

这种竞争意味着黄素荧光的数量取决于自由基对反应的速度

东京大学的团队希望通过监测细胞的自发荧光,同时在它们的环境中加入人工磁场,来观察生物的磁接收

自体荧光在细胞中很常见,因此为了分离黄素自体荧光,研究人员使用激光将特定波长的光照射到细胞上,然后测量细胞发射回来的光的波长,以确保它与黄素自体荧光的特征值相匹配

标准的磁性设备可以产生热量,因此研究人员采取了广泛的预防措施,并进行了详尽的控制测量,以验证细胞环境中唯一的变化是磁场的存在与否

东京大学的研究人员用一束蓝光照射细胞,然后每隔四秒钟在细胞上扫一次磁场,同时测量细胞发出的荧光强度的变化

对像这样的视频中的光强度的统计分析显示,细胞的荧光变暗了大约3

每次磁场扫过细胞时5%

这些结果是理解从鸟类到蝴蝶等动物如何利用地球地磁场导航的关键一步

信用:池亚和伍德沃德,抄送 “我的目标甚至是作为一名博士

D

学生们总是能够在真实的生物系统中直接看到这些激进的配对效应

我认为这就是我们刚刚做到的,”伍德沃德说

用蓝光照射细胞并发出荧光约40秒

研究人员每四秒钟在细胞上扫一次磁场,测量荧光强度的变化

对来自实验的视觉数据的统计分析显示,细胞的荧光变暗了大约3

每次磁场扫过细胞时5%

研究人员怀疑蓝光激发黄素分子产生自由基对

磁场的存在导致更多的自由基对具有相同的电子自旋状态,这意味着可供发光的黄素分子更少

因此,细胞的黄素荧光变暗,直到磁场消失

“我们没有对这些细胞进行任何修饰或添加

伍德沃德说:“我们认为我们有非常有力的证据表明,我们观察到了一个影响细胞水平化学活动的纯量子力学过程。”

实验室实验和真实世界的磁接收 实验磁场为25毫特斯拉,大致相当于普通的冰箱磁铁

地球的磁场因位置而异,但据估计约为50微特斯拉,比实验中使用的磁场弱500倍

伍德沃德指出,由于一种被称为低场效应的现象,地球非常弱的磁场仍然可以产生重要的生物学影响

虽然强磁场使自由基对很难在两个电子自旋相同的状态和两个电子自旋不同的状态之间切换,但弱磁场会产生相反的效果,使切换比没有磁场时更容易

作者现在正在研究其他类型细胞的影响,细胞健康和周围环境的潜在作用,并测试候选磁性受体,包括直接在细胞内的隐色体

解释结果的任何潜在环境或生理意义将需要开发更专业和高度敏感的设备,以便在弱得多的磁场下工作,并进行更详细的细胞分析,将磁场敏感反应与细胞内特定的信号通路或其他结果联系起来

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