螺旋結(jié)構(gòu)是自然界最普遍的一種形狀,，DNA以及許多其它在生物細胞中發(fā)現(xiàn)的微型結(jié)構(gòu)都采用了這種構(gòu)造。然而，為何大自然對這種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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，“從本質(zhì)上來看,，螺旋結(jié)構(gòu)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(gòu)造,。這不僅讓信息能夠緊密地結(jié)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(jié)合,。例如,，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)允許進行DNA轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的形成所需的能量最小,，空間也最少。而螺旋當中的Ц形結(jié)構(gòu),，在幾何學上最近似于在自然界的螺旋中找到的該種結(jié)構(gòu),。

    “看來，分子中的螺旋結(jié)構(gòu)是自然界能夠最佳地使用手中材料的一個例子,。DNA由于受到細胞內(nèi)的空間局限而采用雙螺旋結(jié)構(gòu),，就像是由于公寓空間局限而采用螺旋梯的設(shè)計一樣。”卡緬指出,。