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DNA双螺旋分子结构图 。 (公有领域/Zephyris)
在分子层面 ， 基因需要准确地复制 ， 这个过程出错就容易产生基因突变 。 一组科学家利用先进的技术 ， 第一次发现量子力学机制在基因复制过程中所起的作用 ， 如何导致基因突变 。
【研究首次发现量子力学机制如何导致基因突变】科学家发现DNA的两条链状结构通过一些质子(氢原子核)连在一起 。 这些质子起到胶水的作用 ， 把各种碱基绑定在一起 。 这种称为氢键的绑定方式 ， 就像梯子中间的横梁一样 ， 把DNA双链联系在一起 。
一般情况下 ， DNA的四个碱基A、C、T和G有固定的绑定组合 ， 比如A总是与T绑定;C总是与G绑定 。 这是由分子的形状决定的 ， 把它们像拼图一样完美地拼合在一起 。 但是如果氢键出现一些变化 ， 就会导致配对出错 ， 继而引发基因突变 。
早在1952年 ， 发现DNA双链接构的科学家詹姆斯·沃森(James Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)曾预测DNA突变可能与量子力学的某种现象相关 ， 但是直到这份研究 ， 才第一次通过先进的模型准确地量化这个过程 ， 看到了其中的缘由 。
这个由英国萨里大学(University of Surrey)引领的研究组 ， 从量子生物学角度看到了其中的联系 。 量子生物学是一个相对较新的研究领域 。
这份研究发现 ， 这些氢键质子可能总是以量子隧穿的方式不断地在DNA的双链之间来回穿梭 。 量子隧穿是量子世界内粒子会发生的一种穿越现象 ， 犹如粒子凭空穿过一堵墙抵达墙体的另一面 。
以前 ， 科学家认为活体生物细胞内的环境温暖、潮湿、太复杂 ， 不会发生量子隧穿现象 。 1944年 ， 奥地利物理学家欧文·薛定谔(Erwin Schr?dinger)提出 ， 活体生物内的机制与无生命物质内的环境不一样 ， 量子隧穿现象也可能在其中扮演一定的角色 。 这份研究终于证实了这个理论 。
这份研究称 ， 细胞的局部环境导致质子被热激活 ， 从而可以穿越能量屏障 ， 也就是会出现量子隧穿现象 。 更确切地说 ， 研究者发现质子持续地在DNA双链之间来回隧穿 。 可是 ， 在某个阶段当DNA被切割成独立双链的时候 ， 一些质子被留在了错误的一边 ， 导致出错 。
这份研究5月5日发表于《自然》(Nature)旗下的《通讯-物理》(Communications Physics)期刊 。
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