北京时间 3 月 22 日消息，近期，一项研究表明，支配微小世界的量子力学可能有助于解释为什么基因突变会在 DNA 自我复制的过程中自发出现。DNA＂点突变＂ 量子力学用于描述支配原子及其亚原子成分的奇怪规则，当描述宏观世界的经典物理规则失效时，量子就会介入进行解释，在 DNA 的例子中，经典物理学提供一种解释，分析了为什么 DNA 螺旋阶梯的某一阶突然发生变化，会导致所谓的 ＂点突变＂。据悉，DNA 由脱氧核苷酸组成，而脱氧核苷酸是由碱基、脱氧核糖和磷酸构成，其中碱基有 4 种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。DNA 携带着合成 RNA 和蛋白质所必须的遗传信息，是生物发育和正常运作必不可少的生物大分子。 如图所示，白色的两个质子在核碱鸟嘌呤 (左)和胞嘧啶 (右)之间跳跃，它们在 DNA 链内形成碱基对。 在 1 月 29 日发表在《物理化学杂志》上的一项最新研究中，研究人员探索了另一种解释，表明一种被称为质子隧穿的量子现象可以通过允许 DNA 中带正电荷的质子从一个位置跳跃至另一个位置 ，产生点突变，反之，这将微妙地改变连接 DNA 双螺旋结构两侧的氢桥键，当 DNA 进行自我复制的时候，氢桥键会出现错误。 研究人员指出，这种微妙变化尤其可能导致 DNA 序列出现 ＂错版＂，当 DNA 链复制时，错误的 DNA＂字母＂将配对在一起，这些字母也被称为碱基，通常以某种方式配对：A 与 T，G 与 C，但是质子隧穿会导致一些碱基混合和匹配。 英国曼彻斯特大学计算和理论化学教授萨姆 · 海伊说：＂关于 DNA 碱基对中氢键和质子转移，科学家已进行了大量计算工作，这项最新研究使用了非常精湛的计算方式来重新检验该现象。＂ 然而，由于使用特定的计算方法，研究人员仅能在单碱基和碱基对的水平上模拟少部分 DNA 链，这意味着该模型不包括 DNA 双螺旋的两侧，也不包括位于 DNA 链上其他位置的碱基对，这些位置的结构可能对研究质子隧穿现象具有重大影响，但要模拟整个 DNA 链将需要巨大的计算能力，可能要等到计算能力或者方法进一步改进后才能解决该问题。经典物理学与量子力学 目前，经典物理学也能提供为什么质子在 DNA 链周围跳跃的谜团。DNA 碱基对由氢键连接在一起，氢键是一种氢原子和碱基分子之间相对较弱的吸引力，这些化学键可以通过加热被打破，因为随着温度的升高，分子会剧烈振动和抖动，导致氢原子从原来的位置弹出。 英国萨里大学勒弗休姆量子生物学博士培训中心博士生路易 · 斯洛康姆说：＂你可以想象整个环境在抖动、振动…… 一切都处于动态、在移动着。＂原子在绝对零度以上的任何温度下都会摆动，因为热量会增强它们的动能或者运动。 依据经典热力学，这种类型的振动有时会使氢原子跳到 DNA 的新位置，短暂地形成新键，但是原子很快就会弹回到原来的位置，由于 DNA 碱基的分子结构，氢原子倾向于在两对碱基之间形成某种 ＂稳定＂位置，它们将在这里保持很长时间，期间仅会短暂地逃至不寻常的 ＂不稳定＂位置。 氢原子仅有一个质子，一个负电荷的电子，没有中子；在其形成 DNA 的过程中，这些原子在形成键的时候，电子会被一对碱基 ＂夺走＂。因此 2014 年发表在《化学研究报告》上的一篇研究报告称，实际上，当氢原子从 DNA 链的一端跳至另一端时，它们会以单个质子的形式进行移动，因此科学家将该现象称为 ＂质子转移＂。 但是依据最新这项研究，经典质量转移并不能解释所有质子在 DNA 中跳跃的现象。从本质上讲，与我们计算量子速率的数字相比，仅通过经典热力学导致的质子在 DNA 中跳跃的概率非常低。换句话说，质子隧穿可能比热量自身驱动更多的质子跳跃。跳跃障碍 质子隧穿依赖于不确定的量子质量，不适用于更大的空间，例如：在较大的空间中，你可以确定火车的位置及其行驶速度，并利用这些信息，预测火车可时到达下一站。 然而，就亚原子粒子而言，它们的确切位置和速度无法同时计算出来，科学家仅能通过计算粒子以特定速度出现在某一特殊位置的概率，来捕捉到粒子的模糊图像。在质子隧穿的背景下，科学家可以计算出质子在某个位置或者另一个位置的概率——理论上讲，质子存在于宇宙任何位置的概率都是非零的。 之前媒体曾报道称，质子隧穿意味着粒子可以穿过看似不应该通过的障碍，有时它们甚至可以跳跃障碍。 为了预测质子在 DNA 中何时何处可能发生转移，研究小组确定了粒子从 ＂稳定＂位置断裂至 ＂不稳定＂位置所需的能量，该阈值就是所谓的 ＂能量位垒＂，而反弹至稳定状态所需的能量就是 ＂反向拉垒＂。 研究小组称，与质子隧穿相比，由热量驱动的经典质子转移的能量位垒非常高。预测的质子隧穿率远远超过了经典质量转移，如果不考虑隧穿率，质子跳跃至另一个 DNA 碱基的概率将‘非常非常接近零’。 在作者计算的限制范围内，隧穿似乎在一对碱基之间的质子转移过程中起着中度至较大等级的作用。同时，研究小组还发现，A-T 对之间质子隧穿的反向位垒比 G-C 要低很多，这意味着，如果一个质子从一对电子的 A 端隧穿至 T 端，它将立即返回，反向位垒的能量较低，从而使质子很容易会弹出其稳定。 斯洛康姆说：＂然而对于 G-C 碱基对，它有相当大的反向位垒，这意味着该状态在相当长的一段时间内是比较稳定的，因此，一旦某个质子跳跃了 G-C 碱基对的位垒，它可能在一段时间内保持不稳定的位置，如果这发生在 DNA 复制开始之前，质子可能会在 DNA 链的‘错误的一侧’。＂ 这是因为为了复制自己，DNA 首先会展开，破坏碱基对之间的键，然后，一种叫做聚合酶的物质会突然出现，将新的碱基装入开口槽中，就像拼图游戏一样。然而，问题是当聚合酶在一个不稳定位置遇到一个质子时，它可能会选择错误的 ＂拼图碎片＂作为连接的碱基，例如：一个质子可能跳跃到一个 G 碱基对，当聚合酶经过的时候，聚合酶附着的是 T 碱基对，而不是 C 碱基对。该项研究具有重要意义 依据教科书《基因分析导论》，生物学家詹姆斯 · 沃森和物理学家弗朗西斯 · 克里克首次发现了 DNA 复制中的这种错误，他们是最早进行 DNA 研究的专家，这项最新研究表明，质子隧穿的作用——比热力学作用更重要，可能是导致这些突变的原因。 因此在分裂过程之前，DNA 存在一个脆弱时刻，此时量子效应具有重要意义。 选择错误的 ＂拼图碎片＂作为连接的碱基从而产生的点突变可能是无关紧要的，不会改变细胞的功能或者构建蛋白质的方式，但研究人员称，它们也可能是毁灭性的，会导致镰状细胞性贫血等疾病和非小细胞肺癌等特定类型的癌症，在某些情况下，点突变也可能是十分有益的。 尽管如此，科学家仍不知道一个质子需要在不稳定位置停留多长时间才能真正发生点突变，海伊指出，最新研究仅模拟 DNA 链的一小部分，为了深入了解质子隧穿发生的频率，必须模拟整个系统。 目前，斯洛康姆和同事致力地对碱基对周围更大的环境进行建模，通过这种方式，他们可以理清量子物理学、经典物理学与 DNA 之间的关系，如何通过不同的机制驱动质子跳跃，该研究有助于揭晓什么条件下质子转移更容易发生，以及该现象触发有害基因突变的频率，这是一个至关重要的问题。
40年，安徽芯片崛起之路近日，长三角周边疫情对当地半导体企业的生产供应以及运输造成了较大影响，除了对中国半导体第一城上海，其周边安徽省也遭到了一定的冲击。为此，安徽省合肥市成立了工作专班，通过增开大阪仁川中科院发布学术论著署名问题负面行为清单，对严重行为终身追责IT之家2月18日消息，中国科学院监督与审计局发布了关于规范学术论著署名问题负面行为清单的通知。学术论著署名规范一般由学术界长期形成的惯例自行确定，根据学科领域甚至不同的科技期刊均两年实现Nature和Science双发，一位电子科大博士火了两年实现Nature和Science双发。最近，电子科技大学的一位博士有点火。他叫杨超，2019年末以一作身份发表首篇Science论文，成果解决了三十年来悬而未决的量子金属态问题模仿剪纸艺术，科学家研发出更透气的可穿戴传感器据国外科技媒体TechXplore报道，日本研究团队开发出了一种无线的可穿戴和灵活的心电图监测器，而且能在App中显示相关数据。这个日本研究团队从古老的民间剪纸艺术得到灵感，开发了中科大新研究新型锂离子电池可在5。6分钟内充入60电量，11。4分钟充80IT之家5月2日消息，为了缩短电动汽车的插电等待时间，中国研究团队一直在积极寻找新方案。中科大科研团队以及中国科学院研究人员就提出了一种新型电池阳极方案，可在6分钟内充入60的电量俄罗斯航天集团月球25探测器计划9月底发射IT之家5月31日消息，据俄罗斯卫星通讯社报道，俄罗斯航天集团总经理罗戈津表示，月球25（Luna25）探测器计划9月底发射。罗戈津此前表示，月球25探测器应于2022年9月底之前NASASLS火箭将再次进行湿彩排，阿尔忒弥斯1号有望在8月首飞IT之家5月28日消息，美国宇航局（NASA）公布了登月项目阿尔忒弥斯计划（Artemis）今年下半年到明年上半年之间的各项安排。第一阶段首次无人试飞有望于今年8月发射升空。据悉，大突破！研究人员首次在月球土壤中种出植物，48小时就能发芽IT之家5月13日消息，5月12日发表在通讯生物学上的一项研究显示，科学家们在月球的土壤中成功种植出了植物，这是植物第一次在月球土壤中发芽生长，也是月球和太空探索的一个里程碑。拟南用月壤生产氧气和燃料？南京大学等发现，有望实现零能耗地外生命保障系统感谢IT之家网友航空先生的线索投递！IT之家5月8日消息，据南京大学新闻网消息，近日，南京大学邹志刚院士姚颖方教授团队与香港中文大学（深圳）中国科学技术大学合作，详细分析嫦娥五号月美国航天局局长俄罗斯没有退出空间站，希望双方按计划合作至2030年IT之家5月4日消息，据俄罗斯卫星通讯社报道，当地时间5月3日，美国国家航空航天局（NASA）局长比尔纳尔逊表示，美国认为俄罗斯至少在近期将继续开展国际空间站工作，并希望按计划合作华盛顿大学最新研究长时间玩手机易得老年痴呆沉迷手机，可能年纪轻轻就患上老年痴呆症？你没看错，来自美国华盛顿大学的最新研究表明过量的手机和无线网辐射会导致早发性阿尔茨海默症。早字说明，这种老年痴呆症可能在65岁之前开始发作。