“生物光學”是什麼

生物光學可分爲13個主要專業領域。其中12個涉及到生物系統中光的吸收，另外一個則研究透過生物系統發出的光（生物發光）。這些區域在下面簡要定義，並將在適當的模組中進行更充分的描述。下面是小編爲大家整理的“生物光學”是什麼，僅供參考，歡迎閱讀。

生物光學是一個很大的學科，包括對光的有益和有害影響的研究，被廣泛地定義爲包括所有涉及非電離輻射的生物現象，生物光學反應是非電離輻射在生物系統中引起的化學和/或物理變化的結果。陽光是我們環境中最重要的元素之一。植物收穫陽光的能量以生長，從而爲其他生物提供食物。陽光還提供生物體所需的資訊以觸發許多生物反應。這些是陽光的有益波長。陽光也有不好的一面。較短的波長（或較長波長加上光敏劑）可以殺死植物和其他生物，並使人患上癌症和其他衰弱的病症。生物光學是對光的有益和有害影響的研究，研究範圍從原子水平一直到生物羣落水平。生物光學是一個激動人心且具有挑戰性的科學領域，光生物學家使用所有的科學工具來研究光的化學和生物學效應。生物光學可分爲13個主要專業領域。其中12個涉及到生物系統中光的吸收，另外一個則研究透過生物系統發出的光（生物發光）。這些區域在下面簡要定義，並將在適當的模組中進行更充分的描述。

光物理學

這個專業領域涉及光與物質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和旋轉。

光化學

這是對直接吸收光能後分子中發生的化學變化的'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態的吸收分子與相鄰分子之間發生的反應。光化學第一定律指出：“光必須在發生光化學反應之前被吸收”。這個定律的影響在於，透過瞭解分子的吸收光譜，即透過瞭解哪些波長的光可被一個分子吸收，就可以立即預測什麼波長的光可以對該分子具有光化學作用，而且什麼波長的光將沒有效果（因爲它們不被吸收）。

光譜

研究物質對光的吸收和釋放，與這些過程對輻射波長的依賴有關。動作頻譜是電磁輻射產生光化學反應的效率，作爲輻射波長的函數繪製。它顯示哪些波長的光在特定化學反應（例如光合作用）中被最有效地使用，並且有助於識別吸收分子。

光敏

在這個過程中，光能被一種類型的分子（敏化劑）吸收，導致敏化劑達到富能狀態併產生反應，最終導致系統中另一種分子的化學變化（底物分子）。敏化劑在某些類型的光敏反應中不會改變。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力療法在癌症治療中具有重要的應用，其原理是透過光動力學來靶向破壞癌細胞以治療某些形式的肺癌和食管腫瘤。

影響

該領域涉及脫氧核糖核酸（DNA），核糖核酸（RNA）和蛋白質的紫外線輻射光化學，以及這些分子中光化學和光物理變化產生的生物學效應（如致死率、突變）。該領域還研究細胞對這種光化學損傷進行修復的複雜生化系統。

環境光生物學

不同波長的陽光不僅對個體細胞和生物體產生有益和有害的影響，更重要的是對整個生態系統的影響，例如光對物種構成和生產力的影響。

光醫學

這個領域涉及非電離輻射的有害影響和有益效果。在光醫學中，最常見的就是陽光誘發的面板癌，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）或敏化劑加光線來治療某些臨牀病症，例如牛皮癬和癌症。光醫學還包括光免疫領域，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。

非視覺光接收

與病例相反，光被生物體中的受體接收以監測環境而不形成視覺圖像。例子是控制鳥類和動物激素水平的晝夜節律鍾，以及控制植物和動物季節性生長的光周期。

視覺

導致形成圖形的視覺感受。該領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。

光形態發生

有機體的發育可以受到光照資訊的影響。這些資訊來自光通量、光質（即波長）、空間不對稱性（即光的出現方向）以及光的週期性。光形態發生的一些實例是光敏種子的發芽和長日植物的開花。

光運動

植物和生物依靠於光質和光的方向來刺激他們的光感受器來產生運動。例如趨光性的解釋就是有機體朝向或遠離光線的移動。植物中的光向曲率可以朝向或遠離光發生，最好的例子就是向日葵。查爾斯·達爾文（Charles Darwin）以進化論而聞名，早期曾與他的兒子弗朗西斯（Francis）合作，撰寫了一本關於光相作用的書，《植物運動的力量》（1880）。這本書一直很有影響力，即使達爾文沒有寫出關於進化論的偉大著作，達爾文也會被生物學家所熟知。

光合作用

它不是光合作用中所使用的光的資訊，而是轉化爲穩定的化學能的光的能量。這包括透過色素吸收光、能量轉移、能量獲取或透過反應中心的穩定化，以及從供體到受體分子的化學反應的引發。這是一個採光反應，大多數光合作用反應只需要幾個光子就可以觸發反應。

生物發光

對於大多數人來說，生物發光往往想到螢火蟲發光或在海洋表面的熒光水藻。生物發光是具有生物功能的高效冷光發射，其目的是尋找伴侶或食物。動物王國中所有門的一半以上都含有生物發光的成員。在Natures Light雜誌中中，弗朗辛·雅各布斯（Francine Jacobs）講述了一種生物發光螢火蟲（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，他們看到很多燈光並認爲那是是西班牙軍隊已經在島上的火炬手，以爲西班牙已經遠遠超過了英國，但他們觀察到的可能是螢火蟲的光芒。植物和光的關係，可以追溯到遠古的年代。

在白堊紀中葉以前，根據當時植物的特徵進行判斷，地球上還沒有直射的陽光，那時地球的表面是一片水汽霧和密密層層的雲海。但自從白堊紀中葉起，地球上開始有直射的陽光後，這種渾濁的局面才逐步澄清，大地也漸漸變得暖和起來了。環境的改變，對於植物的進化起着決定性的作用。一種完全新穎的植物類型——被子植物，就是在這種形勢下誕生的。它一經出現，就非常迅速地在地球大陸上排擠裸子植物而大量地進行繁殖。對於植物來說，光的作用是一種非常有用的刺激劑。它不僅對於植物莖的大小、形狀、生長方向、生長程度以及莖上芽和分枝的產生能起到很大的影響，而且能以直接的光壓和輻射能。爲植物的生長創造最適宜的條件，促使植物兩種最基本的生命活動過程——同化作用（光合作用）與蒸騰作用（水分的吸收和蒸發）順利的進行。植物生命和光的關係，還表現在其他的許多方面。如植物的開花時節，與光照的關係就很密切：爲什麼鮮豔華麗的桃花，必須在春回大地、羣鶯亂飛的清明時節開放？爲什麼雅緻素淡的荷花和燦爛多嬌的蘭花，必須在炎熱的夏季開放？爲什麼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放？爲什麼清香貞潔的梅花，必須在已是懸崖百丈冰的數九寒天開放？這種情形的出現除了和溫度、水、肥料等因素有密切的關係之外，有關的研究表明，在很大的程度上，光照的週期、光照的顏色對開花的時節，能起到決定性的作用。透過生物光學等技術，在未來我們甚至可能會對植物有一種新的認識，因爲他們會像《阿凡達》中潘多拉星球上發光的神樹那樣擁有直達人類心靈的魅力。