DNA的暗能量状态

俄亥俄州立大学（Ohio  State  University）的化学家仔细研究了单个核苷酸（DNA和RNA的组成单元）吸收紫外光之后呈现的一种新的能量状态。此项研究表明DNA在接受紫外光辐射时，可以通过多种途径释放能量。研究者将相关的实验结果发表在《Proceedings  of  the  National  Academy  of  Sciences》杂志上。

这是科学家们首次识别出这种“暗”能量状态（*）。之所以将它称为“暗”能量状态，是因为我们不能用荧光技术检测它的存在，尽管我们经常使用荧光技术去检测紫外光在DNA中制造的其他高能量状态。

科学家们知道紫外光可以让DNA发生遗传变异，从而在复制阶段DNA发生错误。这种突变可以引发非常严重的后果，癌症就是其中一例。由此看来，一个DNA分子越是能快速释放紫外光能量，它就越不容易遭受破坏，这与传统的科学思想相吻合。但与此相反的是，这种由紫外光制造的暗能量状态持续时间更为长久，所以它们很可能会引起DNA损伤。

其实在此之前早有研究预测出暗能量状态的存在，也有一些实验暗示着它的存在，但此项研究第一次明确表明了它存在于三种遗传密码碱基中：胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶。溶液中单碱基暗能量状态的存在，暗示着DNA双螺旋中也可能存在这种状态，Bern  Kohler说道（†）。

研究者发现在紫外光激活后，这三种碱基大约用10-50％的时间通过暗能量状态散发能量；其余时间里，碱基通过可发荧光的能量状态释放能量。这些“亮”能量状态释放能量的速度更快，往往发生在一皮秒（**）内。一皮秒是1012秒，一个非常短的时间片断。光在一秒钟内可“行走”30万千米，但在30皮秒内它连1厘米都没走到。不仅如此，活细胞中还存在着一些比皮秒数量级还小的化学反应。在检测单个DNA碱基的时候，暗能量状态持续的时间为10-150皮秒，比亮能量状态长很多。

“我们希望知道究竟是什么让DNA抵御住了紫外光的损害？”  Kohler说，“在2000年，我们发现单个碱基可以在少于一皮秒的时间内将紫外光能量释放。我们现在知道有其他寿命相对更长的能量状态存在。由此我们可以看出DNA在释放能量的过程中有一家族的能量状态在起作用，这使得我们必须重新审视DNA的光稳定性。”

粗略看来，DNA的暗能量状态与宇宙中的暗物质（一种我们无法直接检测其存在的物质；***）有一些相像之处。俄亥俄州立大学的研究者通过瞬态吸收(****)技术研究了一些发生在一皮秒内的事件。他们发现DNA在10-50％的时间里通过暗能量状态释放紫外光能量，时间长短依赖于DNA中被激活碱基的类型，以及碱基上是否有糖分子结合。

随后，Kohler的实验室研究了暗能量状态是否与DNA损伤相关联。“寿命长一些的能量状态会有什么样的光化学影响？这种能量状态是否是一些损伤的光化产物的前体？在这个领域内它就像是圣杯，将我们对DNA电子态（*****）的不断认识与DNA光损伤产物连结起来。”他说道。