กลศาสตร์ เป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์

สายเกลียวคู่ของ DNA ที่มีชื่อเสียงสองเส้นถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันโดยอนุภาคย่อยของอะตอมที่เรียกว่าโปรตอน ซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอมของไฮโดรเจน ซึ่งให้กาวที่ยึดเหนี่ยวโมเลกุลที่เรียกว่าเบสเข้าด้วยกัน สิ่งที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจนเหล่านี้เปรียบเสมือนขั้นบันไดที่บิดเป็นเกลียวซึ่งประกอบกันเป็นโครงสร้างเกลียวคู่ที่ค้นพบในปี 1952 โดย James Watson และ Francis Crick จากผลงานของ Rosalind Franklin และ Maurice Wilkins โดยปกติแล้ว เบสของ DNA เหล่านี้ (เรียกว่า A, C, T และ G) เป็นไปตามกฎที่เคร่งครัดเกี่ยวกับวิธีที่พวกมันรวมตัวกัน: A มักจะสร้างพันธะกับ T และ C เสมอกับ G การจับคู่ที่เข้มงวดนี้จะถูกกำหนดโดยรูปร่างของโมเลกุล ชิ้นส่วนต่างๆ ในจิ๊กซอว์ แต่ถ้าธรรมชาติของพันธะไฮโดรเจนเปลี่ยนไปเล็กน้อย อาจทำให้กฎการจับคู่พังลง นำไปสู่การเชื่อมโยงฐานที่ไม่ถูกต้องและด้วยเหตุนี้จึงเกิดการกลายพันธุ์ แม้ว่า Crick and Watson จะคาดการณ์ไว้ แต่ขณะนี้เท่านั้นที่การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนสามารถวัดปริมาณกระบวนการได้อย่างแม่นยำ ทีมงานซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยของ Surrey ในสาขาใหม่ที่น่าตื่นเต้นของชีววิทยาควอนตัม ได้แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงนี้ในพันธะระหว่างสายดีเอ็นเอนั้นแพร่หลายมากกว่าที่คิด โปรตอนสามารถกระโดดจากตำแหน่งปกติที่ด้านหนึ่งของกำแพงพลังงานเพื่อลงจอดอีกด้านหนึ่งได้อย่างง่ายดาย หากสิ่งนี้เกิดขึ้นก่อนที่จะคลายซิปทั้งสองเส้นในขั้นตอนแรกของกระบวนการคัดลอก ข้อผิดพลาดอาจผ่านกลไกการจำลองแบบในเซลล์ ซึ่งนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่า DNA ไม่ตรงกัน และอาจนำไปสู่การกลายพันธุ์ ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Communications Physicsในสัปดาห์นี้ ทีม Surrey ซึ่งประจำอยู่ที่ Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Center ใช้วิธีการที่เรียกว่าระบบควอนตัมแบบเปิดเพื่อกำหนดกลไกทางกายภาพที่อาจทำให้โปรตอนกระโดดข้ามระหว่างสายดีเอ็นเอ แต่ที่น่าสนใจที่สุดคือต้องขอบคุณกลไกควอนตัมที่มีมนต์ขลังที่รู้จักกันดีแต่เกือบจะเรียกว่าการขุดอุโมงค์ คล้ายกับภาพหลอนที่ลอดผ่านกำแพงทึบที่พวกมันสามารถข้ามผ่านไปได้ ก่อนหน้านี้เคยคิดว่าพฤติกรรมควอนตัมดังกล่าวไม่สามารถเกิดขึ้นได้ภายในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่น เปียกชื้น และซับซ้อนของเซลล์ที่มีชีวิต อย่างไรก็ตาม Erwin Schrödinger นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียได้เสนอแนะไว้ในหนังสือ What is Life ในปี 1944 ของเขา กลศาสตร์ ควอนตัมสามารถมีบทบาทในระบบของสิ่งมีชีวิตได้เนื่องจากพวกมันมีพฤติกรรมที่ค่อนข้างแตกต่างจากสสารที่ไม่มีชีวิต ผลงานล่าสุดนี้ดูเหมือนจะยืนยันทฤษฎีของชเรอดิงเงอร์ ในการศึกษาของพวกเขา ผู้เขียนระบุว่าสภาพแวดล้อมของเซลล์ในท้องถิ่นทำให้โปรตอนซึ่งมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นแผ่ออกไป ถูกกระตุ้นด้วยความร้อนและกระตุ้นผ่านอุปสรรคพลังงาน ในความเป็นจริงพบว่าโปรตอนมีการขุดอุโมงค์ไปมาระหว่างเส้นใยทั้งสองอย่างต่อเนื่องและรวดเร็วมาก จากนั้นเมื่อแยก DNA ออกเป็นสายแยก โปรตอนบางส่วนจะจับผิดด้านซึ่งนำไปสู่ความผิดพลาด ดร. Louie Slocombe ผู้ทำการคำนวณเหล่านี้ในช่วงปริญญาเอกอธิบายว่า: โปรตอนใน DNA สามารถขุดอุโมงค์ไปตามพันธะไฮโดรเจนใน DNA และแก้ไขเบสที่เข้ารหัสข้อมูลทางพันธุกรรม เบสที่ถูกดัดแปลงเรียกว่า "เทาโทเมอร์" และสามารถอยู่รอดได้จากการแตกแยกของดีเอ็นเอและกระบวนการจำลองแบบ ทำให้เกิด "ข้อผิดพลาดในการถอดความ" หรือการกลายพันธุ์ " งานของ Dr Slocombe ที่ศูนย์ฝึกอบรมระดับปริญญาเอกชีววิทยาควอนตัม Leverhulme ของ Surrey ได้รับการดูแลโดย Prof Jim Al-Khalili (ฟิสิกส์ Surrey) และ Dr Marco Sacchi (เคมี Surrey) และตีพิมพ์ใน Communications Physics Prof. Al-Khalili แสดงความเห็นว่า: "วัตสันและคริกคาดการณ์เกี่ยวกับการมีอยู่และความสำคัญของผลกระทบเชิงกลควอนตัมในดีเอ็นเอเมื่อ 50 ปีที่แล้ว อย่างไรก็ตาม กลไกดังกล่าวถูกมองข้ามไปอย่างมาก" ดร. Sacchi กล่าวต่อ: "นักชีววิทยามักคาดหวังว่าการขุดอุโมงค์จะมีบทบาทสำคัญเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำและในระบบที่ค่อนข้างเรียบง่าย ดังนั้น พวกเขาจึงมีแนวโน้มที่จะลดผลกระทบทางควอนตัมในดีเอ็นเอ จากการศึกษาของเรา เราเชื่อว่าเราได้พิสูจน์แล้วว่าสมมติฐานเหล่านี้ไม่มีผล"