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量子生物學是一個新興的科學領域,建立於20世紀20年代,它著眼於量子力學的亞原子世界是否在活細胞中發揮作用。量子力學是一個跨學科的自然領域,集合了核物理學家,生物化學家和分子生物學家。

在《物理化學化學物理》雜誌上發表的一篇研究論文中,來自薩里郡勒弗休姆量子生物學博士培訓中心的一個團隊使用了最先進的計算機模擬和量子力學方法,來確定質子隧穿(一種純粹的量子現象)在DNA內部自發突變中扮演的角色。

質子隧穿涉及到一個質子在一個位置的自發消失和另一個質子在附近的重新出現。

研究小組發現,氫原子非常輕,提供了將兩股DNA雙螺旋結合在一起的化學鍵,在特定條件下,由於質子隧穿作用,氫原子的行為可以像展開的波一樣同時存在於多個位置。這導致這些原子偶爾會在錯誤的DNA鏈上被發現,從而導致突變。

儘管這些突變的壽命很短,但來自薩里郡的研究小組揭示,它們仍然可以在細胞內的DNA複製機制中存活下來,並可能產生潛在的健康後果。

該專案負責人、英國薩里大學皇家學會大學研究員馬爾科·薩基博士說:“許多人長期以來一直懷疑量子世界——它是奇怪的、反直覺的、美妙的——在我們所知的生活中發揮著作用。雖然某些東西可以同時出現在兩個地方的想法對我們很多人來說可能是荒謬的,但在量子世界裡這種情況一直都在發生,我們的研究證實,室溫下,量子隧穿也會發生在DNA中。”

該研究的合著者、Leverhulme量子生物學博士培訓中心的博士生Louie Slocombe說:

要理解亞原子層面上的生物過程是如何運作的,還有很長的一段令人興奮的路要走,但是我們的研究——以及近年來無數的研究——已經證實了量子力學的作用。未來,我們希望研究量子隧穿產生的互變異構體是如何傳播和產生基因突變的。”

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