Квантовото тунелиране може да предизвика произволни ДНК мутации, казва ново проучване

Сподели

Известно е, че ДНК мутира редовно, за добро или лошо, движейки както еволюцията, така и болестите. Изследователи от университета в Съри откриха доказателства, че някои от тези спонтанни мутации могат да бъдат причинени от призрачното царство на квантовата механика.

ДНК получава известната си форма на двойна спирала от молекули, наречени бази, които се сдвояват чрез водородни връзки. Тези бази, обозначени с буквите A,C, T и G, обикновено следват строги правила за това как се свързват – A се свързва с T и C се свързва с G. Но понякога тези водородни връзки могат да бъдат променени, което означава, че базите могат да се сдвоят с грешен партньор. Това води до точкови мутации в ДНК, които са предимно безвредни, но понякога могат да доведат до генетични нарушения.

В новото проучване изследователите от Съри откриха, че някои от тези модификации могат да възникнат в резултат на странен феномен на квантовата физика, известен като квантово тунелиране. Звучи като научна фантастика за нас, живеещи в света на класическата физика, но понякога частиците могат спонтанно да преминават през бариери, които не трябва да имат достатъчно енергия, за да преодолеят.

Мислете за това като за топка, която седи в долина. Класическата физика казва, че за да прехвърлите тази топка от другата страна на хълма е необходимо определено количество енергия, за да я избутате нагоре и над хълма. Но квантовата физика може да позволи на тази топка (т.е. частица) внезапно да „тунелира“ през хълма от само себе си и да се появи от другата страна, почти мигновено. Отново звучи невероятно, но квантовото тунелиране е добре документиран феномен, който се среща в редица сценарии, като ядрен синтез.

В случай на мутации на ДНК, екипът казва, че частиците, извършващи тунелирането, са протони във водородните атоми, които могат да прескачат от едната страна на връзката към другата. Ако се случи да направят това точно преди двете ДНК вериги да бъдат разцепени като част от процеса на клетъчна репликация, протоните могат да бъдат хванати от грешната страна, което води до несъответствие на ДНК и потенциална мутация.

Идеята, че това може да се случи при мутация на ДНК, беше предложена за първи път преди десетилетия, но механизмът до голяма степен беше пренебрегнат оттогава. Това е така, защото дълго време се е смятало, че биологичната среда е твърде топла и сложна, за да се случи квантово тунелиране.

Но в новото проучване изследователите откриха, че не само това се случва в тази среда, но топлината всъщност активира протоните, за да направят скока. Екипът използва процес, наречен отворени квантови системи, за да моделира динамиката на процеса и показа, че тези протони скачат напред-назад по-често, отколкото се смяташе преди. Това предполага, че преносът на протони от квантовото тунелиране играе по-важна роля в генетичните мутации, отколкото обикновено се приписва.

„Биолозите обикновено очакват тунелирането да играе значителна роля само при ниски температури и в относително прости системи“, каза д-р Марко Саки, съ-автор на изследването. „Следователно те са склонни да отхвърлят квантовите ефекти в ДНК. С нашето проучване вярваме, че сме доказали, че тези предположения не са валидни.”

Екипът казва, че ако моделът е верен, той може да има широкообхватно въздействие върху настоящите модели на генетични мутации.

Изследването е публикувано в списанието Природни комуникации Физика.

Източник: Университет на Съри



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели