ความผิดพลาดเกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงการจำลองลำดับ DNA จำนวนมากภายในเซลล์ของเรา เป็นสิ่งที่ดีเช่นกัน หากไม่ใช่เพราะข้อผิดพลาดในยีนของเรา เราเรียกว่าการกลายพันธุ์ การคัดเลือกโดยธรรมชาติจะไม่เกิดขึ้น และชีวิตก็จะตายในน้ำ

แม้ว่าการกลายพันธุ์จะมีความสำคัญต่อทุกอย่างตั้งแต่โรคจนถึงความหลากหลายทางชีวภาพ เรารู้เพียงเล็กน้อยอย่างน่าตกใจเกี่ยวกับฟิสิกส์ของกระบวนการ

ผลการวิจัยจากมหาวิทยาลัย Surrey ในสหราชอาณาจักรได้ฟื้นการคาดเดาว่าตัวกระตุ้นหลักที่อยู่เบื้องหลังการใช้สารเคมีที่คล่องแคล่วซึ่งเปลี่ยนฐานรหัสหนึ่งไปยังอีกฐานหนึ่งตามธรรมชาติคือควอนตัม

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่วนสำคัญของกระบวนการกลายพันธุ์คือการแทนที่ของไฮโดรเจนตัวเดียวที่ยึดติดฐานทางพันธุกรรมเข้าด้วยกันเพื่อสร้าง ‘ขั้น’ ของโครงสร้างขั้นบันไดที่บิดเบี้ยวของ DNA สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการของการขุดอุโมงค์ ทำลายพันธะระหว่างฐานทางพันธุกรรมของ guanine และ cytosine ในช่วงเวลาที่อนุญาตให้มีการเปลี่ยนแปลงอย่างถาวร

การขุดอุโมงค์ควอนตัมเป็นผลตามธรรมชาติของความไม่แน่นอนในลักษณะของอนุภาคภายใต้สภาวะที่จำกัด

ซูมเข้าใกล้วัตถุย่อย เช่น โปรตอน และตำแหน่งของมันจะคลุมเครือมากขึ้น

วัตถุตามมาตราส่วนนี้สามารถดำรงอยู่ได้ในทางทฤษฎีเหนือขอบเขตของบาเรียที่จำกัด ดูเหมือนว่า “อุโมงค์” จะทะลุผ่านกำแพงได้ง่ายดายราวกับผีที่เคลื่อนที่ผ่านบ้านผีสิง

แม้ว่าคุณลักษณะพื้นฐานของความเป็นจริงในระดับควอนตัม คุณลักษณะของอนุภาคจะเข้าไปพัวพันกับอนุภาคอื่นที่กระทบกระเทือนในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่นและมีเสียงดังได้อย่างไร รับรองว่าจะไม่ขยายไปสู่จักรวาลมาโครได้ง่ายๆ

หรืออย่างที่เราคิดไว้นานแล้ว

นักชีววิทยามักคาดหวังว่าการขุดอุโมงค์จะมีบทบาทสำคัญเฉพาะที่อุณหภูมิต่ำและในระบบที่ค่อนข้างง่ายเท่านั้น” นักเคมี Marco Sacchi กล่าว

“ดังนั้น พวกเขาจึงมีแนวโน้มที่จะลดผลกระทบควอนตัมใน DNA จากการศึกษาของเรา เราเชื่อว่าเราได้พิสูจน์แล้วว่าสมมติฐานเหล่านี้ไม่ถือ”

การสร้างแบบจำลองทางทฤษฎีของทีมเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงพันธะระหว่างเบสกวานีนและไซโตซีนท้าทายสมมติฐานหลายประการเกี่ยวกับเคมีที่อยู่เบื้องหลังรูปแบบการกลายพันธุ์ทั่วไปนี้

ตั้งแต่ช่วงแรกๆ ของการศึกษาโครงสร้างและเคมีของ DNA นักวิทยาศาสตร์คิดว่าสาเหตุหลักของการกลายพันธุ์คือการเคลื่อนย้ายของไฮโดรเจนที่เกาะติดกับสาย DNA ที่ตรงข้ามกัน

การเคลื่อนไหวนี้สามารถเปลี่ยนฐานให้กลายเป็นเทาโทเมอร์ ซึ่งเป็นโมเลกุลใหม่ที่มีรูปร่างเหมือนแต่ก่อน แต่มีองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนและแตกต่างกัน

คิดว่าไฮโดรเจนกระโดดข้ามพรมแดนระหว่างเส้นใยผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการถ่ายโอนโปรตอนคู่ ซึ่งเป็นการกระทำที่ดูเหมือนเหตุการณ์อุโมงค์ควอนตัมอย่างน่าประหลาดใจ

ทว่านอกเหนือจากสมมติฐานที่ว่าระบบทางชีววิทยานั้นร้อนเกินไปและไม่ว่างสำหรับเหตุการณ์ควอนตัมดังกล่าว การถ่ายโอนโปรตอนคู่ใดๆ ที่เกิดขึ้นด้วยวิธีนี้ควรถูกขจัดออกโดยเอนไซม์แก้ไขของเซลล์

เมื่อพิจารณาอย่างรอบคอบมากขึ้นที่ฟิสิกส์เบื้องหลังกระบวนการ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นภายใต้สภาวะอุณหภูมิของเซลล์ทั่วไปว่าผลกระทบของควอนตัมน่าจะทำให้โปรตอนส่งเสียงฮัมไปมาในอัตราที่สูง ทำให้ฐานเบลอเป็นเทาเมอร์ของพวกมัน

เนื่องจากเวลาที่ใช้เป็นเทาเมอร์นั้นหายวับไป กลไกการจำลองแบบที่คัดลอกสาย DNA แทบจะไม่สามารถจดจำการมีอยู่ของมันได้

ทว่าหากกระบวนการนี้ส่งผลให้เกิดความไม่สมดุลบางอย่างระหว่างเบส การขยับอัตราส่วนของเบสกับเทาโทเมอร์ในทางใดทางหนึ่ง ก็เป็นไปได้สูงที่การเปลี่ยนแปลงจะถูกล็อคเข้าที่ในฐานะการกลายพันธุ์

ยิ่งไปกว่านั้น ในทางคณิตศาสตร์ การมีอยู่ของเทาโทเมอร์รุ่นน่ากลัวเหล่านี้ของแต่ละเบสนั้นดีพอที่การกลายพันธุ์ประเภทนี้จะพบได้บ่อยกว่าที่เราคิด

ต้องใช้การทดลองในอนาคตเพื่อยืนยันการคาดการณ์ที่ทำในการศึกษา โดยเฉพาะอย่างยิ่งรอบ ๆ สิ่งต่าง ๆ เช่นอัตราโปรตอนกระโดดที่อุณหภูมิต่างกัน

มันยังเหลือที่จะแสดงให้เห็นว่าเอฟเฟกต์ควอนตัมมีบทบาทในการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ของคู่เบสหรือแม้กระทั่งในการกลายพันธุ์ประเภทอื่นหรือไม่

นักชีววิทยาค่อยๆ ตื่นขึ้นสู่บทบาทของความไม่แน่นอนของควอนตัมในกระบวนการทางชีวเคมีช่วงต่างๆ

ชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ ว่าขอบเขตของจักรวาลควอนตัมไม่ได้แข็งแกร่งอย่างที่เราคิด

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ใน การสื่อสารธรรมชาติ.