螺旋結構是自然界zui普遍的一種形狀，DNA以及許多其它在生物細胞中發(fā)現(xiàn)的微型結構都采用了這種構造。然而，為何大自然對這種結構如此偏愛呢？美國賓夕法尼亞州的物理學家認為，他們找到了這一問題的數(shù)學答案。他們的研究成果發(fā)表在近期的《科學》雜志上。
“為何螺旋結構是現(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構是如何形成的，而不能回答為什么它們是那種形狀。”賓州大學的天文和物理學系教授蘭德爾·卡緬指出，對數(shù)螺旋
“從本質上來看，螺旋結構是在一個擁擠的空間，例如一個細胞里，聚成一個非常長的分子的較佳方式，譬如DNA。”
在細胞的稠密環(huán)境中，長分子鏈經(jīng)常采用規(guī)則的螺旋狀構造。這不僅讓信息能夠緊密地結合其中，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合。例如，DNA的雙螺旋結構允許進行DNA轉錄和修復。
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形結構的形成所需的能量zui小，空間也zui少。而螺旋當中的Ц形結構，在幾何學上zui近似于在自然界的螺旋中找到的該種結構。
“ 看來，分子中的螺旋結構是自然界能夠*地使用手中材料的一個例子。DNA由于受到細胞內的空間局限而采用雙螺旋結構，就像是由于公寓空間局限而采用螺旋梯的設計一樣。”卡緬指出。
