螺旋結(jié)構(gòu)是自然界zui普遍的一種形狀，DNA以及許多其它在生物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的微型結(jié)構(gòu)都采用了這種構(gòu)造。然而，為何大自然對這種結(jié)構(gòu)如此偏愛呢？美國賓夕法尼亞州的物理學(xué)家認(rèn)為，他們找到了這一問題的數(shù)學(xué)答案。他們的研究成果發(fā)表在近期的《科學(xué)》雜志上。
“為何螺旋結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在這個樣子？過去的回答是——由分子之間的引力決定的。但這只能回答螺旋結(jié)構(gòu)是如何形成的，而不能回答為什么它們是那種形狀。”賓州大學(xué)的天文和物理學(xué)系教授蘭德爾·卡緬指出，對數(shù)螺旋
“從本質(zhì)上來看，螺旋結(jié)構(gòu)是在一個擁擠的空間，例如一個細(xì)胞里，聚成一個非常長的分子的較佳方式，譬如DNA。”
在細(xì)胞的稠密環(huán)境中，長分子鏈經(jīng)常采用規(guī)則的螺旋狀構(gòu)造。這不僅讓信息能夠緊密地結(jié)合其中，而且能夠形成一個表面，允許其它微粒在一定的間隔處與它相結(jié)合。例如，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)允許進(jìn)行DNA轉(zhuǎn)錄和修復(fù)。
為了顯示空間對螺旋形成的重要性，卡緬建立了一個模型，把一個能隨意變形、但不會斷裂的管子浸入由硬的球體組成的混合物中，就好比是一個存在于十分擁擠的細(xì)胞空間中的一個分子。通過觀測，他們發(fā)現(xiàn)對于這種短小易變形的管子而言，Ц形結(jié)構(gòu)的形成所需的能量zui小，空間也zui少。而螺旋當(dāng)中的Ц形結(jié)構(gòu)，在幾何學(xué)上zui近似于在自然界的螺旋中找到的該種結(jié)構(gòu)。
“ 看來，分子中的螺旋結(jié)構(gòu)是自然界能夠*地使用手中材料的一個例子。DNA由于受到細(xì)胞內(nèi)的空間局限而采用雙螺旋結(jié)構(gòu)，就像是由于公寓空間局限而采用螺旋梯的設(shè)計(jì)一樣。”卡緬指出。
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