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大自然為何愛“螺旋” 美國科學(xué)家找到數(shù)學(xué)答案
青島新聞網(wǎng)  2005-03-08 15:40:34 國際先驅(qū)導(dǎo)報(bào)

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  雅典奧運(yùn)會開幕式上,激光打出的DNA雙螺旋形式讓人驚嘆。   

  螺旋結(jié)構(gòu)是自然界最普遍的一種形狀,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!辟e州大學(xué)的天文和物理學(xué)系教授蘭德爾·卡緬指出,“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)的形成所需的能量最小,空間也最少。而螺旋當(dāng)中的Ц形結(jié)構(gòu),在幾何學(xué)上最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)是自然界能夠最佳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!笨ň捴赋觥#盍幔

責(zé)任編輯:屠筱茵

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