211service.com
Kvantu sapīšanās satur DNS kopā, saka fiziķi
Bija laiks, ne tik sen, kad biologi zvērēja melni un zili, ka kvantu mehānikai nevar būt nekādas nozīmes karstajās, mitrajās dzīves sistēmās.
Kopš tā laika kvantu bioloģijas disciplīna ir kļuvusi par vienu no aizraujošākajām jaunajām zinātnes jomām. Sāk šķist, ka kvantu efektiem ir izšķiroša nozīme vairākos bioloģiskos procesos, piemēram, fotosintēzē un putnu navigācijā, ko mēs aplūkojām šeit un šeit .
Tagad fiziķu grupa saka, ka dīvainie kvantu mehānikas likumi var būt dzīvībai svarīgāki, nekā biologi jebkad būtu varējuši iedomāties. Viņu jaunā ideja ir tāda, ka DNS tiek turēta kopā ar kvantu sapīšanu.
Ir vērts to izdalīt sīkāk. Sapīšanās ir dīvains kvantu process, kurā viena viļņa funkcija apraksta divus atsevišķus objektus. Kad tas notiek, šiem objektiem faktiski ir viena un tā pati eksistence neatkarīgi no tā, cik tālu tie atrodas.
Elizabetes Rīperes Singapūras Nacionālajā universitātē un pāris draugu uzdotais jautājums ir par to, kāda loma varētu būt sapīšanās DNS. Lai to noskaidrotu, viņi ir izveidojuši vienkāršotu teorētisko DNS modeli, kurā katrs nukleotīds sastāv no elektronu mākoņa ap centrālo pozitīvo kodolu. Šis negatīvais mākonis var pārvietoties attiecībā pret kodolu, radot dipolu. Un mākoņa kustība uz priekšu un atpakaļ ir harmonisks oscilators.
Kad nukleotīdi savienojas, veidojot bāzi, šiem mākoņiem ir jāsvārstās pretējos virzienos, lai nodrošinātu struktūras stabilitāti.
Rīpers un citi jautā, kas notiek ar šīm svārstībām jeb fononiem, kā tos sauc fiziķi, kad bāzes pāri ir sakrauti dubultā spirālē.
Fononi ir kvantu objekti, kas nozīmē, ka tie var pastāvēt stāvokļu superpozīcijā un sapīties, tāpat kā citi kvantu objekti.
Vispirms Rīpers un citi iedomājas spirāli bez ārējā karstuma ietekmes. Skaidrs, ka savienoto harmonisko oscilatoru ķēde ir sapinusies nulles temperatūrā, viņi saka. Pēc tam viņi parāda, ka sapīšanās var pastāvēt arī istabas temperatūrā.
Tas ir iespējams, jo fononu viļņa garums ir līdzīgs DNS spirāles izmēram, un tas ļauj veidoties stāvviļņiem, kas ir pazīstama kā fononu slazdošana. Kad tas notiek, fononi nevar viegli aizbēgt. Ir zināms, ka līdzīga veida fononu slazdošana rada problēmas tāda paša izmēra silīcija struktūrās.
Tam būtu maza nozīme, ja tam nebūtu vispārējas ietekmes uz spirāli. Taču Rieper un co izstrādātais modelis liecina, ka efekts ir dziļš.
Lai gan katrs bāzes pāra nukleotīds svārstās pretējos virzienos, tas notiek kā stāvokļu superpozīcija, tādējādi spirāles kopējā kustība ir nulle. Tomēr tīri klasiskā modelī tas nevar notikt, un tādā gadījumā spirāle vibrētu un satricinātu sevi.
Tātad šajā ziņā šie kvantu efekti ir atbildīgi par DNS turēšanu kopā.
Protams, jautājums ir, kā to pierādīt. Viņi saka, ka viens no pierādījumiem ir tāds, ka tīri klasiska DNS noturēšanai nepieciešamās enerģijas analīze nedod rezultātu. Tomēr viņu kvantu modelis novērš plaisu. Tas ir interesanti, taču viņiem būs jāizdomā kaut kas eksperimentāli pārliecinošs, lai pārliecinātu biologus par šīm idejām.
Viens vilinošs ierosinājums viņu raksta beigās ir tāds, ka sapīšanās var ietekmēt veidu, kā informācija tiek nolasīta no DNS virknes, un ka to var izmantot eksperimentāli. Kā, viņi nesaka.
Spekulatīvs, bet potenciāli sprādzienbīstams darbs.
Atsauce: arxiv.org/abs/1006.4053 : Nepārtrauktas mainīgas sapīšanās nozīme DNS