Известно, что мутация ДНК - это постоянный процесс, который запускается с самого момента рождения живого организма, она является двигателем эволюции и, одновременно, источником различных заболеваний. И недавно исследователи из Суррейского университета получили доказательства тому, что достаточно большая часть так называемых спонтанных генетических мутаций может быть вызвана влиянием некоторых странных явлений из области квантовой механики.
Молекула ДНК, имеющая форму двойной спирали, состоит из молекул, называемых основаниями, которые формируют пары при помощи водородных связей. Эти основания, обозначаемые литерами A, C, T и G, могут связываться друг с другом, следуя набору достаточно строгих правил, к примеру, основание T может образовывать связь только с основаниями C и G. Но в некоторых случаях водородные связи могут разрываться и перестраиваться, соединяя двух "неправильных" партнеров, такие мутации называют точечными мутациями, в большинстве случаев они безопасны, но иногда они могут являться причиной генетических отклонений.
Проводя исследования, ученые из Суррея обнаружили, что некоторые из точечных мутаций могут происходить в результате странного физического явления, называемого квантовым туннелированием. Данное явление заключается в том, что иногда квантовые частицы могут спонтанно "телепортироваться" сквозь барьер, на преодоление которого в нормальных условиях у них не имеется достаточного количества энергии.
Представьте себе шарик, который лежит на дне углубления лотка для яиц. Согласно канонам классической физики для того, чтобы этот шар мог переместиться в соседнее углубление, ему требуется придать такое количество энергии, которое позволит преодолеть выступ. Но квантовая физика позволяет этому шару (частице) туннелироваться прямо сквозь выступ и практически мгновенно очутиться в соседнем углублении. Для непосвященных это явление кажется фантастическим, но на самом деле оно хорошо изучено и широко применяется в области электроники.
В случае мутаций ДНК частицы, которые туннелируются из одной области пространства в другую, являются протонами, ядрами атомов водорода. Если такие "прыжки" происходят во время процесса копирования ДНК, который является частью процесса деления клетки, то копируемая цепочка получает дефект и ее последовательность отличается от последовательности исходной молекулы.
О мутациях ДНК известно уже достаточно давно, а теории, объясняющие эти процессы, существуют уже несколько десятилетий. Но ни в одной из этих теорий механизм квантового туннелирования пока еще не учитывается из-за того, что биологическая среда считалась учеными достаточно теплой и слишком сложной для этого процесса.
Однако, Суррейские ученые создали модель на основе так называемой открытой квантовой системы и рассчитали динамику происходящих процессов. Оказалось, что тепловая энергия, наоборот, активирует и подталкивает протоны к туннелированию. Поэтому процесс протонной передачи при помощи квантового туннелирования играет гораздо большую роль в генетических мутациях, чем это было принято считать ранее.
"Ученые биологи считали, что эффект квантового туннелирования мог оказывать весомое влияние только при более низких температурах и в относительно простых биологических системах" - пишут исследователи, - "Поэтому они практически не учитывали квантовые эффекты в процессе мутации ДНК. Результаты наших исследований показали, что все предыдущие теории о мутациях являются полностью ошибочными или содержат в себе ошибки, требующие немедленной коррекции".
Естественно, что после открытия такого существенного влияния квантовых эффектов на генетические мутации все нынешние теории и модели требуют пересмотра и переработки. Тем не менее, данное открытие имеет потенциал стать тем, что поможет объяснить многие из "белых пятен", так или иначе существующих во всех теориях, имеющих отношение к генетическим мутациям.
