大自然为何爱螺旋 美国科学家找到数学答案

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国际先驱导报文章 螺旋结构是自然界最普遍的一种形状，DNA以及许多其它在生物细胞中发现的微型结构都采用了这种构造。然而，为何大自然对这种结构如此偏爱呢？美国宾夕法尼亚州的物理学家认为，他们找到了这一问题的数学答案。他们的研究成果发表在近期的《科学》杂志上。 & Q/ C: L# o( I5 _. Y

　　“为何螺旋结构是现在这个样子？过去的回答是——由分子之间的引力决定的。但只能回答螺旋结构是如何形成的，而不能回答为什么它们是那种形状。”宾州大学的天文和物理学系教授兰德尔·卡缅指出，“从本质上来看，螺旋结构是在一个拥挤的空间，例如一个细胞里，聚成一个非常长的分子的较佳方式，譬如DNA。”

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　　在细胞的稠密环境中，长分子链经常采用规则的螺旋状构造。这不仅让信息能够紧密地结合其中，而且能够形成一个表面，允许其它微粒在一定的间隔处与它相结合。例如，DNA的双螺旋结构允许进行DNA转录和修复。

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　　为了显示空间对螺旋形成的重要性，卡缅建立了一个模型，把一个能随意变形、但不会断裂的管子浸入由硬的球体组成的混合物中，就好比是一个存在于十分拥挤的细胞空间中的一个分子。通过观测，他们发现对于这种短小易变形的管子而言，Ц形结构的形成所需的能量最小，空间也最少。而螺旋当中的Ц形结构，在几何学上最近似于在自然界的螺旋中找到的该种结构。

　　“看来，分子中的螺旋结构是自然界能够最佳地使用手中材料的一个例子。DNA由于受到细胞内的空间局限而采用双螺旋结构，就像是由于公寓空间局限而采用螺旋梯的设计一样。”卡缅指出。