الغرابة الكمومية قد تكون القوةَ الدافعة وراء طفرات الحمض النووي

توصَّل باحثون من جامعة سورّي Surrey University إلى أن الطفرات الجينية قد تكون ناجمة عن تأثيرات الكم Quantum effects. الطفرات هي تغييرات في الحمض النووي DNA للكائن الحي، يمكن أن تنجم عن أخطاء تحدث في أثناء انقسام الخلية أو عدوى فيروسية أو التعرُّض للإشعاع والمواد المسرطنة. هذه الطفرات ضرورية للتطور لأنها يمكن أن تؤدي إلى تكيُّفات تسمح لكائنات معينة بالتفوق على أخرى في بيئتها، ولكنها يمكن أن تؤدي أيضاً إلى المرض.

يمكن اعتبار الطفرات “أخطاء إملائية” Spelling mistakes في الشفرة الجينية. يتكون الحمض النووي DNA من أربع قواعد من النيوكليوتيد- A وC وT وG– ترتبط في ظل الظروف العادية دائماً بعضها ببعض بطريقة محددة: ترتبط A دائماً مع T، على سبيل المثال. تشكل هذه الروابط “درجات” السلم الذي يشكل البنية اللولبية المزدوجة المميزة للحمض النووي.

ولكن، إذا تغيرت طبيعة هذه الروابط بطريقة ما، فستنهار قواعد الاقتران العادية، مما يؤدي إلى ارتباط القواعد غير الصحيحة بعضها ببعض، وربما إلى حدوث طفرة Mutation.

أخيراً وجد فريق جامعة سورّي أن هذا الترابط غير المتطابق قد يكون ناتجاً عن ظاهرة غامضة تُعرَف باسم النفق الكمومي أو التخلل النفقي الكمومي Quantum Tunnelling. يحدث التخلل النفقي عندما تتحرك الجسيمات عبر حاجز ينبغي ألا تكون قادرة على عبوره وفقاً للفيزياء الكلاسيكية. قد يكون الحاجز وسيطاً لا يمكن عبوره مادياً، مثل عازل، أو منطقة ذات طاقة عالية لا يمتلك الجسيم ما يكفي من الطاقة لاختراقها.

في حالة الطفرات الجينية، وجد الباحثون أن البروتونات، وهي جسيمات تحت ذرية تشارك في ترابط الحمض النووي DNA، تتخلل نفقياً باستمرار ذهاباً وإياباً عبْر حاجز الطاقة الموجود بين جانبي البنية اللولبية.

إذا فعلت ذلك في اللحظات التي تسبق انقسام البنية اللولبية على طول مركزها خلال المرحلة الأولى من عملية نسخ الحمض النووي DNA، يمكن أن تعلق بعض البروتونات في الجانب الخطأ. يمكن أن يؤدي هذا إلى خطأ في النسخ مع احتمال حدوث طفرة.

قال المؤلف المشارك للدراسة د. ماركو ساكي Marco Sacchi: “يتوقع علماء الأحياء عادةً أن يؤدي التخلل النفقي دوراً مهماً فقط في درجات الحرارة المنخفضة وفي أنظمة بسيطة نسبياً. لذلك كانوا يميلون إلى استبعاد التأثيرات الكمومية في الحمض النووي DNA. لكن في دراستنا نعتقد أننا أثبتنا أن هذه الافتراضات غير صحيحة”.