新研究表明DNA突變可能來自于量子隧道這種奇怪的量子力學效應

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DNA 著名的雙螺旋形狀來自于堿基分子，它們通過氫鍵配對。這些由字母 A、C、T 和 G 表示的堿基，通常遵循嚴格的規則：A 與 T 結合，C 與 G 結合。這在 DNA 中產生了點突變，這些突變大多是無害的，但有時會導致遺傳性疾病。

在新的研究中，薩里大學的研究人員發現，其中一些修改可以視為奇怪的量子物理現象的結果，即量子隧道。對于生活在經典物理學世界的我們來說，這聽起來像是科幻小說，但有時粒子可以自發地穿過它們不應該有足夠能量克服的障礙。

以一顆球從山的這頭到達另一頭為例，在經典物理學中，需要一定的能量把球推上山越過山頭才可以到達另一頭；而在量子物理學中，可以讓這顆球（視為粒子）突然具備“穿山術”，出現在山的另一頭。這聽起來同樣令人難以置信，但量子隧道是一種有據可查的現象，在一系列情況下都會發生，例如核聚變。

在 DNA 突變的情況下，研究小組說，做隧道運動的粒子是氫原子內的質子，它們可以從鍵的一邊跳到另一邊。如果它們恰好在作為細胞復制過程一部分的兩條 DNA 鏈被劈開之前這樣做，質子就會被困在錯誤的一邊，導致 DNA 錯配和潛在的突變。

這種情況可能發生在DNA突變中的想法是幾十年前首次提出的，但此后這一機制在很大程度上被忽視了。這是因為長期以來，生物環境被推測為過于溫暖和復雜，不可能發生量子隧道。

但在新的研究中，研究人員發現，它不僅在這種環境中發生，而且溫暖的環境實際上激活了質子來進行跳躍。研究小組使用一種被稱為開放量子系統的過程來模擬這一過程的動態，并表明這些質子來回跳躍的頻率比以前認為的要高。這表明，來自量子隧道的質子轉移在基因突變中發揮的作用比它通常被認為的更重要。

該研究的共同通訊作者 Marco Sacchi 博士說：“生物學家通常期望隧道作用只在低溫和相對簡單的系統中發揮重要作用。因此，他們傾向于不考慮DNA中的量子效應。通過我們的研究，我們相信我們已經證明這些假設不成立”。