Pārsteidzoši daudz ģenētisko mutāciju rodas, pateicoties kvantu fizikas dīvainībai

(Endrjū Onufrijenko/Moment/Getty Images)

Kļūdas gadās. It īpaši, ja runa ir par plašo DNS sekvenču replikāciju mūsu šūnās. Tā arī ir laba lieta. Ja ne kļūdas mūsu gēnos, ko mēs dēvējam par mutācijām, dabiskā atlase nebūtu iespējama, un dzīvība ūdenī būtu mirusi.

Lai arī mutācijas ir ļoti svarīgas visam, sākot no slimībām un beidzot ar bioloģisko daudzveidību, mēs šokējoši maz zinām par procesa fiziku.

Apvienotās Karalistes Surrey universitātes secinājumi ir atdzīvinājuši spekulācijas, ka galvenais ierosinātājs aiz ķīmiskās viltības, kas spontāni apmaina vienu kodētu bāzi pret citu, ir kvantu raksturs.



Konkrēti, nozīmīga mutācijas procesa daļa ir viena ūdeņraža pārvietošana, kas salīmē kopā ģenētiskās bāzes, lai izveidotu DNS savītās kāpņu struktūras 'kāpnes'. Tas notiek tunelēšanas procesā, saraujot saites starp guanīna un citozīna ģenētiskajām bāzēm laika gaitā, kas ļauj veikt pastāvīgas izmaiņas.

Kvantu tunelēšanair dabiskas daļiņas īpašību nenoteiktības sekas ierobežotos apstākļos.

Tuviniet subatomisku objektu, piemēram, protonu, un tā atrašanās vieta kļūst arvien neskaidrāka.

Šāda mēroga objekti teorētiski var pastāvēt ārpus norobežojošās barjeras robežām, šķiet, ka tie 'tuneli' cauri sienām tikpat viegli kā spoks, kas pārvietojas cauri spoku mājai.

Lai gan tā ir fundamentāla realitātes iezīme kvantu līmenī, tas, kā daļiņas iezīmes sapinās ar citām daļiņām, kas grūstījās siltā, trokšņainā vidē, nodrošina, ka tā nav viegli mērogojama makro Visumā.

Vai tā mēs jau sen esam pieņēmuši.

'Biologi parasti sagaida, ka tuneļu veidošanai būs nozīmīga loma tikai zemā temperatūrā un salīdzinoši vienkāršās sistēmās.' saka ķīmiķis Marko Saki.

'Tāpēc viņiem bija tendence samazināt kvantu efektus DNS. Mēs uzskatām, ka ar mūsu pētījumu esam pierādījuši, ka šie pieņēmumi neatbilst.

Komandas teorētiskā modelēšana par saitēm starp guanīna un citozīna bāzēm apstrīd vairākus pieņēmumus, kas saistīti ar šīs izplatītās mutācijas formas ķīmiju.

Kopš DNS struktūru un ķīmijas izpētes sākuma zinātnieki domāja, ka galvenais mutāciju cēlonis ir ūdeņraža pārvietošanās, kas saista bāzes ar pretējām DNS virknēm.

Šī kustība var pārvērst pamatni par a tautomērs – jauna molekula ar tādu pašu formu kā iepriekš, bet smalka, atšķirīga elementu konfigurācija.

Tiek uzskatīts, ka ūdeņraži šķērso robežu starp dzīslām, izmantojot procesu, ko sauc par dubulto protonu pārnesi, darbību, kas pārsteidzoši izskatās kā kvantu tunelēšanas notikums.

Tomēr neatkarīgi no pieņēmuma, ka bioloģiskās sistēmas ir pārāk karstas un aizņemtas, lai šāds kvantu notikums notiktu, jebkura dubultā protonu pārnešana, kas notiek šādā veidā, būtu jāizlīdzina ar šūnas rediģēšanas fermentiem.

Rūpīgāk aplūkojot procesa fiziku, pētnieki tipiskas šūnas temperatūras apstākļos ir parādījuši, ka kvantu efektiem vajadzētu izraisīt protonu strauju dūkoņu uz priekšu un atpakaļ, izraisot bāzu izplūšanu to tautomēros.

Tā kā laiks, kas pavadīts kā tautomērs, ir īslaicīgs, replikācijas iekārta, kas kopē DNS virkni, diez vai atpazīs tās klātbūtni.

Tomēr, ja šis process rada zināmu nelīdzsvarotību starp bāzēm, kaut kādā veidā mainot bāzes un tās tautomēra attiecības, ļoti iespējams, ka nobīde var tikt fiksēta vietā kā mutācija.

Vēl vairāk, matemātiski runājot, šo katras bāzes spokaino tautomēru versiju klātbūtne ir pietiekami liela, lai šī konkrētā mutāciju kategorija būtu daudz izplatītāka, nekā mēs saprotam.

Būs nepieciešami turpmāki eksperimenti, lai apstiprinātu pētījumā izteiktās prognozes, īpaši attiecībā uz tādām lietām kā protonu lēciena ātrums dažādās temperatūrās.

Ir arī jāpierāda, vai kvantu efektiem ir nozīme citās bāzes pāru izmaiņās vai pat cita veida mutācijās.

Tomēr biologi lēnām sāk apzināties kvantu nenoteiktības lomu dažādos bioķīmiskos procesos.

Arvien vairāk kļūst skaidrs, ka kvantu Visuma robežas nav tik cietas, kā mēs varētu iedomāties.

Šis pētījums tika publicēts Dabas sakari .

Populārākas Kategorijas: Vidi , Fizika , Neklasificēts , Tech , Cilvēkiem , Sabiedrību , Dabu , Viedoklis , Skaidrotājs , Daba ,

Par Mums

Neatkarīgu, Pārbaudītu Faktu Publicēšana Par Veselību, Telpu, Dabu, Tehnoloģijām Un Vidi.