Nukleotidy v DNA. Kredit: OpenStax / Wikimedia Commons.

Kvantová biologie je nepochybně fascinující, už jenom proto, jak nenápadně seznamuje fyziky a matematiky s biologickými specialitami. Stinnou stránkou této vlny v biologii je, že v některých případech vzbuzuje nevoli Occamovy břitvy. Nejužitečnější ostrý nástroj celé vědy, jak známo, nemá moc rád, když se nějaký nejasný jev vysvětluje dalším nejasným jevem, pokud možno ještě nejasnějším, než je ten původní. Z pohledu biologa je tento přístup, když je dohnaný do extrému, poněkud úsměvný. Jako když vysvětlujete chytrý telefon černou magií. Nicméně, dejme kvantové biologii šanci.

Louie Slocombe. Kredit: University of Surrey.

Tým fyziků a chemiků britské University of Surrey provedl sofistikované počítačové simulace a tvrdí, že právě kvantová mechanika dokáže do jisté míry vysvětlit, proč DNA, tedy nosič biologické informace, spontánně mutuje. DNA tvoří čtyři nukleotidy: guanin, adenin, thymin a cytosin, proslavené pod jednopísmennými zkratkami G, A, T a C. Ve dvoušroubovici DNA vznikají vazby mezi nukleotidy napříč šroubovicemi, a to tak, že A se páruje s T (2 vodíkovými vazbami) a G se páruje s C (3 vodíkovými vazbami).

Párování mezi nukleotidy je velmi striktní. Přesto občas dochází k mutacím. Louie Slocombe a jeho kolegové jsou přesvědčeni, že přinejmenším v části případů je viníkem kvantové tunelování. Podle nich dochází k tomu, že se v buněčném prostředí termálně aktivují protony v nukleotidech a velmi rychle kvantově tunelují skrz vodíkové vazby tam a zpět mezi oběma šroubovicemi ve dvoušroubovici. Když se v buněčných procesech DNA rozštěpí na dva řetězce, tak se některé z tunelujících protonů mohou zrovna nacházet na „nesprávné“ straně DNA. To pak může vést ke vzniku chyby, tedy mutace.

Logo. Kredit: University of Surrey.

Jak říká Slocombe, když chyba vytvořená kvantovým tunelováním přežije rozštěpení DNA a proces replikace, přetaví se v mutaci. Podle badatelů o kvantově mechanických jevech ve spojitosti s genetikou spekulovali už objevitelé DNA Watson a Crick na straně biologie a za fyziky zhruba ve stejné době Schrödinger, nepochybně i se svou kočkou.

Od čtyřicátých let minulého století nadšení pro kvantové jevy v biologii ochladlo. V poslední době ale zjevně prožívá renesanci. Jak uvádějí autoři studie, ohledně kvantového tunelování panuje dojem, že k němu dochází za nízkých teplot a v relativně jednoduchých systémech. Slocombe s kolegy jsou přesvědčeni, že tyto předpoklady nejsou oprávněné. Uvidíme, co se z kvantové genetiky vyloupne příště.

Literatura

University of Surrey 5. 5. 2022.

Nature Communications Physics 5: 109.