Квантовая физика может вызывать мутации ДНК: самое странное открытие
ДНК приобретает свою знаменитую форму двойной спирали от молекул, называемых основаниями, которые соединяются посредством водородных связей. Эти основания, обозначаемые буквами A, C, T и G, обычно следуют строгим правилам о том, как они соединяются — связи A с T, а связи C с G. Но иногда эти водородные связи могут быть изменены, то есть основания могут образовывать пары с «неправильным» партнером. Это вызывает точечные мутации в ДНК, которые в основном безвредны, но иногда могут приводить к генетическим нарушениям.
В новом исследовании ученые из Суррея обнаружили, что некоторые из этих модификаций могут происходить в результате странного явления квантовой физики, известного как квантовое туннелирование. Для нас, живущих в мире классической физики, это звучит как научная фантастика, но иногда частицы могут спонтанно туннелировать через барьеры, для преодоления которых у них не должно хватить энергии.
Что такое квантовое туннелирование
Думайте об этом как о мяче, находящемся в долине. Классическая физика говорит, что для того, чтобы перебросить этот мяч на другую сторону холма, требуется определенное количество энергии, чтобы подтолкнуть его вверх и над холмом. Но квантовая физика может позволить этому шару (т. е. частице) внезапно «туннелировать» через холм по собственной воле и почти мгновенно появиться на другой стороне. Опять же, это звучит невероятно, но квантовое туннелирование — это хорошо задокументированное явление, которое происходит в ряде сценариев, таких как ядерный синтез.
В случае с мутациями ДНК команда говорит, что частицы, осуществляющие туннелирование, представляют собой протоны внутри атомов водорода, которые могут перепрыгивать с одной стороны связи на другую. Если им случится сделать это непосредственно перед тем, как две нити ДНК будут расщеплены в процессе репликации клеток, протоны могут застрять не на той стороне, что приведет к несоответствию ДНК и потенциальной мутации.
Парадоксы квантовой физики: просто о сложном
Идея о том, что это может произойти при мутации ДНК, впервые была высказана несколько десятилетий назад, но с тех пор этот механизм в значительной степени игнорировался. Это потому, что биологическая среда долгое время считалась слишком теплой и сложной для квантового туннелирования.
Но в новом исследовании команда обнаружила, что это не только происходит в биосреде, но само по себе биогенное тепло фактически активирует протоны для совершения прыжка. Команда использовала процесс, называемый открытыми квантовыми системами, для моделирования динамики процесса и показала, что эти протоны прыгают туда-сюда чаще, чем считалось ранее. Это говорит о том, что перенос протона в результате квантового туннелирования играет более важную роль в генетических мутациях, чем принято считать.
Чтобы не потеряться и всегда быть на связи, читайте нас в Яндекс.Дзене и не забывайте подписаться на нас в Telegram, ВКонтакте и Одноклассниках!
«Биологи обычно ожидают, что туннелирование будет играть значительную роль только при низких температурах и в относительно простых системах», — пояснил доктор Марко Сакки, соавтор исследования. «Поэтому они склонны не учитывать квантовые эффекты в ДНК. Мы считаем, что в нашем исследовании мы доказали, что эти предположения неверны».
Команда говорит, что если модель окажется верной, она может оказать широкое влияние на существующие модели генетических мутаций.
