211service.com
Kvantinis susipynimas laiko DNR kartu, sako fizikai
Buvo laikas, ne taip seniai, kai biologai juodai prisiekė, kad kvantinė mechanika negali atlikti jokio vaidmens karštose, drėgnose gyvybės sistemose.
Nuo tada kvantinės biologijos disciplina tapo viena įdomiausių naujų mokslo sričių. Pradeda atrodyti, kad kvantiniai efektai yra labai svarbūs daugeliui biologinių procesų, tokių kaip fotosintezė ir paukščių navigacija, kuriuos apžvelgėme čia ir čia .
Dabar fizikų grupė teigia, kad keisti kvantinės mechanikos dėsniai gali būti svarbesni gyvybei, nei biologai kada nors galėjo įsivaizduoti. Jų nauja idėja yra ta, kad DNR laikosi kartu kvantinis susipynimas.
Tai verta išsamiau atskirti. Susipainiojimas yra keistas kvantinis procesas, kurio metu viena bangos funkcija apibūdina du atskirus objektus. Kai tai atsitiks, šie objektai iš tikrųjų turi tą patį egzistavimą, nesvarbu, kaip toli jie būtų vienas nuo kito.
Elisabeth Rieper iš Singapūro nacionalinio universiteto ir keletas bičiulių uždavė klausimą, kokį vaidmenį DNR gali atlikti įsipainiojimas. Norėdami tai išsiaiškinti, jie sukūrė supaprastintą teorinį DNR modelį, kuriame kiekvienas nukleotidas susideda iš elektronų debesies aplink centrinį teigiamą branduolį. Šis neigiamas debesis gali judėti branduolio atžvilgiu, sudarydamas dipolį. O debesies judėjimas pirmyn ir atgal yra harmoninis osciliatorius.
Kai nukleotidai susijungia ir sudaro bazę, šie debesys turi svyruoti priešingomis kryptimis, kad būtų užtikrintas struktūros stabilumas.
Rieper ir bendradarbiai klausia, kas atsitinka su šiais virpesiais arba fononais, kaip juos vadina fizikai, kai bazių poros yra sukrautos į dvigubą spiralę.
Fononai yra kvantiniai objektai, tai reiškia, kad jie gali egzistuoti būsenų superpozicijoje ir susipainioti, kaip ir kiti kvantiniai objektai.
Pirmiausia Rieper ir kiti įsivaizduoja spiralę be jokio išorinės šilumos poveikio. Aišku, kad sujungtų harmoninių generatorių grandinė yra įsipainiojusi nulinėje temperatūroje, sako jie. Tada jie parodo, kad susipainiojimas gali egzistuoti ir kambario temperatūroje.
Tai įmanoma, nes fononų bangos ilgis yra panašus į DNR spiralės dydį ir tai leidžia formuotis stovinčioms bangoms, reiškiniui, vadinamam fononų gaudymu. Kai taip atsitinka, fononai negali lengvai pabėgti. Yra žinoma, kad panašaus tipo fononų gaudymas sukelia problemų tokio paties dydžio silicio struktūrose.
Tai būtų mažai reikšminga, jei tai neturėtų bendro poveikio spiralei. Tačiau Rieper ir bendradarbių sukurtas modelis rodo, kad poveikis yra gilus.
Nors kiekvienas bazinės poros nukleotidas svyruoja priešingomis kryptimis, tai vyksta kaip būsenų superpozicija, todėl bendras spiralės judėjimas yra lygus nuliui. Tačiau grynai klasikiniame modelyje to negali atsitikti, tokiu atveju spiralė vibruotų ir išsiskleistų.
Taigi šia prasme šie kvantiniai efektai yra atsakingi už DNR laikymą kartu.
Žinoma, kyla klausimas, kaip tai įrodyti. Jie sako, kad vienas iš įrodymų yra tas, kad grynai klasikinė energijos, reikalingos DNR sujungimui, analizė nesumuoja. Tačiau jų kvantinis modelis užpildo spragą. Tai įdomu, bet jie turės sugalvoti ką nors eksperimentiškai įtikinančio, kad įtikintų biologus šiomis idėjomis.
Vienas viliojantis pasiūlymas jų straipsnio pabaigoje yra tas, kad įsipainiojimas gali turėti įtakos tam, kaip informacija nuskaitoma iš DNR grandinės, ir kad gali būti įmanoma tai panaudoti eksperimentiškai. Tik kaip, jie nesako.
Spekuliatyvus, bet potencialiai sprogstamasis darbas.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1006.4053 : Nuolatinio kintamo įsipainiojimo į DNR svarba