“生物光學(xué)”是什么

　　生物光學(xué)可分為13個(gè)主要專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。其中12個(gè)涉及到生物系統中光的吸收，另外一個(gè)則研究通過(guò)生物系統發(fā)出的光（生物發(fā)光）。這些區域在下面簡(jiǎn)要定義，并將在適當的模塊中進(jìn)行更充分的描述。下面是小編為大家整理的“生物光學(xué)”是什么，僅供參考，歡迎閱讀。

　　生物光學(xué)是一個(gè)很大的學(xué)科，包括對光的有益和有害影響的研究，被廣泛地定義為包括所有涉及非電離輻射的生物現象，生物光學(xué)反應是非電離輻射在生物系統中引起的化學(xué)和/或物理變化的結果。陽(yáng)光是我們環(huán)境中最重要的元素之一。植物收獲陽(yáng)光的能量以生長(cháng)，從而為其他生物提供食物。陽(yáng)光還提供生物體所需的信息以觸發(fā)許多生物反應。這些是陽(yáng)光的有益波長(cháng)。陽(yáng)光也有不好的一面。較短的波長(cháng)（或較長(cháng)波長(cháng)加上光敏劑）可以殺死植物和其他生物，并使人患上癌癥和其他衰弱的病癥。生物光學(xué)是對光的有益和有害影響的研究，研究范圍從原子水平一直到生物群落水平。生物光學(xué)是一個(gè)激動(dòng)人心且具有挑戰性的科學(xué)領(lǐng)域，光生物學(xué)家使用所有的科學(xué)工具來(lái)研究光的化學(xué)和生物學(xué)效應。生物光學(xué)可分為13個(gè)主要專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。其中12個(gè)涉及到生物系統中光的吸收，另外一個(gè)則研究通過(guò)生物系統發(fā)出的光（生物發(fā)光）。這些區域在下面簡(jiǎn)要定義，并將在適當的模塊中進(jìn)行更充分的描述。

　　光物理學(xué)

　　這個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域涉及光與物質(zhì)在原子和分子水平上的物理相互作用。這些包括分子的振動(dòng)和旋轉。

　　光化學(xué)

　　這是對直接吸收光能后分子中發(fā)生的化學(xué)變化的'研究（與光敏作用相比）。這些包括了吸收分子中的改變和在其激發(fā)態(tài)的吸收分子與相鄰分子之間發(fā)生的反應。光化學(xué)第一定律指出：“光必須在發(fā)生光化學(xué)反應之前被吸收”。這個(gè)定律的影響在于，通過(guò)了解分子的吸收光譜，即通過(guò)了解哪些波長(cháng)的光可被一個(gè)分子吸收，就可以立即預測什么波長(cháng)的光可以對該分子具有光化學(xué)作用，而且什么波長(cháng)的光將沒(méi)有效果（因為它們不被吸收）。

　　光譜

　　研究物質(zhì)對光的吸收和釋放，與這些過(guò)程對輻射波長(cháng)的依賴(lài)有關(guān)。動(dòng)作頻譜是電磁輻射產(chǎn)生光化學(xué)反應的效率，作為輻射波長(cháng)的函數繪制。它顯示哪些波長(cháng)的光在特定化學(xué)反應（例如光合作用）中被最有效地使用，并且有助于識別吸收分子。

　　光敏

　　在這個(gè)過(guò)程中，光能被一種類(lèi)型的分子（敏化劑）吸收，導致敏化劑達到富能狀態(tài)并產(chǎn)生反應，最終導致系統中另一種分子的化學(xué)變化（底物分子）。敏化劑在某些類(lèi)型的光敏反應中不會(huì )改變。幾乎所有的生物體都含有潛在的光敏劑（例如膽紅素，葉綠素和卟啉）的分子。使用光敏藥物和光的光動(dòng)力療法在癌癥治療中具有重要的應用，其原理是通過(guò)光動(dòng)力學(xué)來(lái)靶向破壞癌細胞以治療某些形式的肺癌和食管腫瘤。

　　影響

　　該領(lǐng)域涉及脫氧核糖核酸（DNA），核糖核酸（RNA）和蛋白質(zhì)的紫外線(xiàn)輻射光化學(xué)，以及這些分子中光化學(xué)和光物理變化產(chǎn)生的生物學(xué)效應（如致死率、突變）。該領(lǐng)域還研究細胞對這種光化學(xué)損傷進(jìn)行修復的復雜生化系統。

　　環(huán)境光生物學(xué)

　　不同波長(cháng)的陽(yáng)光不僅對個(gè)體細胞和生物體產(chǎn)生有益和有害的影響，更重要的是對整個(gè)生態(tài)系統的影響，例如光對物種構成和生產(chǎn)力的影響。

　　光醫學(xué)

　　這個(gè)領(lǐng)域涉及非電離輻射的有害影響和有益效果。在光醫學(xué)中，最常見(jiàn)的就是陽(yáng)光誘發(fā)的皮膚癌，但光還有許多有益的區域，其中有僅使用光的治療，例如弱光治療（LLLT）或敏化劑加光線(xiàn)來(lái)治療某些臨床病癥，例如牛皮癬和癌癥。光醫學(xué)還包括光免疫領(lǐng)域，例如，光的吸收可以調節身體的免疫系統，從而防止腫瘤的免疫排斥。

　　非視覺(jué)光接收

　　與病例相反，光被生物體中的受體接收以監測環(huán)境而不形成視覺(jué)圖像。例子是控制鳥(niǎo)類(lèi)和動(dòng)物激素水平的晝夜節律鐘，以及控制植物和動(dòng)物季節性生長(cháng)的光周期。

　　視覺(jué)

　　導致形成圖形的視覺(jué)感受。該領(lǐng)域涵蓋了眼睛中棒狀和錐形光感受器中視色素的結構和光化學(xué)。

　　光形態(tài)發(fā)生

　　有機體的發(fā)育可以受到光照信息的影響。這些信息來(lái)自光通量、光質(zhì)（即波長(cháng)）、空間不對稱(chēng)性（即光的出現方向）以及光的周期性。光形態(tài)發(fā)生的一些實(shí)例是光敏種子的發(fā)芽和長(cháng)日植物的開(kāi)花。

　　光運動(dòng)

　　植物和生物依靠于光質(zhì)和光的方向來(lái)刺激他們的光感受器來(lái)產(chǎn)生運動(dòng)。例如趨光性的解釋就是有機體朝向或遠離光線(xiàn)的移動(dòng)。植物中的光向曲率可以朝向或遠離光發(fā)生，最好的例子就是向日葵。查爾斯·達爾文（Charles Darwin）以進(jìn)化論而聞名，早期曾與他的兒子弗朗西斯（Francis）合作，撰寫(xiě)了一本關(guān)于光相作用的書(shū)，《植物運動(dòng)的力量》（1880）。這本書(shū)一直很有影響力，即使達爾文沒(méi)有寫(xiě)出關(guān)于進(jìn)化論的偉大著(zhù)作，達爾文也會(huì )被生物學(xué)家所熟知。

　　光合作用

　　它不是光合作用中所使用的光的信息，而是轉化為穩定的化學(xué)能的光的能量。這包括通過(guò)色素吸收光、能量轉移、能量獲取或通過(guò)反應中心的穩定化，以及從供體到受體分子的化學(xué)反應的引發(fā)。這是一個(gè)采光反應，大多數光合作用反應只需要幾個(gè)光子就可以觸發(fā)反應。

　　生物發(fā)光

　　對于大多數人來(lái)說(shuō)，生物發(fā)光往往想到螢火蟲(chóng)發(fā)光或在海洋表面的熒光水藻。生物發(fā)光是具有生物功能的高效冷光發(fā)射，其目的是尋找伴侶或食物。動(dòng)物王國中所有門(mén)的一半以上都含有生物發(fā)光的成員。在Natures Light雜志中中，弗朗辛·雅各布斯（Francine Jacobs）講述了一種生物發(fā)光螢火蟲(chóng)（Pyrophorus noctilucus）可能改變了美洲的歷史的故事。1634年，當英國人晚上在古巴登陸時(shí)，他們看到很多燈光并認為那是是西班牙軍隊已經(jīng)在島上的火炬手，以為西班牙已經(jīng)遠遠超過(guò)了英國，但他們觀(guān)察到的可能是螢火蟲(chóng)的光芒。植物和光的關(guān)系，可以追溯到遠古的年代。

　　在白堊紀中葉以前，根據當時(shí)植物的特征進(jìn)行判斷，地球上還沒(méi)有直射的陽(yáng)光，那時(shí)地球的表面是一片水汽霧和密密層層的云海。但自從白堊紀中葉起，地球上開(kāi)始有直射的陽(yáng)光后，這種渾濁的局面才逐步澄清，大地也漸漸變得暖和起來(lái)了。環(huán)境的改變，對于植物的進(jìn)化起著(zhù)決定性的作用。一種完全新穎的植物類(lèi)型——被子植物，就是在這種形勢下誕生的。它一經(jīng)出現，就非常迅速地在地球大陸上排擠裸子植物而大量地進(jìn)行繁殖。對于植物來(lái)說(shuō)，光的作用是一種非常有用的刺激劑。它不僅對于植物莖的大小、形狀、生長(cháng)方向、生長(cháng)程度以及莖上芽和分枝的產(chǎn)生能起到很大的影響，而且能以直接的光壓和輻射能。為植物的生長(cháng)創(chuàng )造最適宜的條件，促使植物兩種最基本的生命活動(dòng)過(guò)程——同化作用（光合作用）與蒸騰作用（水分的吸收和蒸發(fā)）順利的進(jìn)行。植物生命和光的關(guān)系，還表現在其他的許多方面。如植物的開(kāi)花時(shí)節，與光照的關(guān)系就很密切：為什么鮮艷華麗的桃花，必須在春回大地、群鶯亂飛的清明時(shí)節開(kāi)放？為什么雅致素淡的荷花和燦爛多嬌的蘭花，必須在炎熱的夏季開(kāi)放？為什么馥郁芬芳的桂花和瑰麗多姿的菊花，必須在秋高氣爽的中秋佳節開(kāi)放？為什么清香貞潔的梅花，必須在已是懸崖百丈冰的數九寒天開(kāi)放？這種情形的出現除了和溫度、水、肥料等因素有密切的關(guān)系之外，有關(guān)的研究表明，在很大的程度上，光照的周期、光照的顏色對開(kāi)花的時(shí)節，能起到?jīng)Q定性的作用。通過(guò)生物光學(xué)等技術(shù)，在未來(lái)我們甚至可能會(huì )對植物有一種新的認識，因為他們會(huì )像《阿凡達》中潘多拉星球上發(fā)光的神樹(shù)那樣擁有直達人類(lèi)心靈的魅力。

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