众所周知，DNA蕴含着我们生命的遗传密码。人们往往把它看作一段信息载体，但在物理学家眼中，它也是一条“线”——一条可以被拉伸、弯曲、扭转的分子链。那么，能否像对待橡皮筋一样，对DNA做力学实验呢？答案是可以，而且这样的研究揭示了生命在分子层面上如何应对力的作用，甚至对医学与纳米技术产生了深远的影响。
　　分子也有“弹性”？
　　人类的宏观世界处处存在力学现象，拉伸弹簧、剪断钢丝、压缩气体……这些行为在物理学上都有明确的描述。令人惊奇的是，DNA这样的分子也同样服从力学规律。当一段DNA受到外力拉伸时，它会像弹簧一样变长；当它被扭转时也会出现“超螺旋”结构，仿佛一根电话线缠绕打结。这些力学性质，不仅与DNA的物理结构有关，也与其在生命活动中的功能密切相关。
　　如何“动手”拉DNA?
　　要对它做实验，必须使用精密到纳米尺度的工具。以下是三种最常用的力学实验方法：
　　光镊
　　光镊是用一束聚焦的激光来“夹住”微小颗粒的工具。科学家可以在DNA的一端连接一个微小的玻璃珠，利用激光束控制这个珠子的位置。另一端则固定在表面或另一个珠子上。通过移动激光束的位置，就可以对DNA施加力并测量它的伸长程度。
　　这种方法的灵敏度极高，可以测量皮牛顿（pN）级别的微弱力。早在1996年，科学家用光镊拉伸λ噬菌体DNA，发现它在约65pN的力作用下突然伸长1.7倍，呈现出一种“过渡”状态，推测这可能与DNA双螺旋被解开有关。
　　磁镊
　　磁镊使用磁场来操控磁珠，从而对DNA施加拉力或扭转力。和光镊类似，DNA一端连接磁珠，另一端固定。通过改变磁场强度和方向，科学家可以精确控制DNA的拉伸与旋转。
　　磁镊的优势在于能长时间稳定作用，而且可以在多个DNA分子上同时进行测量，非常适合观察慢速动力学过程，比如酶在DNA上的移动、转录过程等。
　　原子力显微镜
　　原子力显微镜通过一个尖锐的“探针”与样品表面接触，能以极高分辨率绘制出DNA的形貌。而在力学实验中，它的探针可以像手指一样“按压”或“拉起”DNA。
　　例如，DNA可以被吸附在云母片表面上，然后用AFM探针逐渐抬起某一端，记录所需的力和DNA的形变。这种方法适合研究DNA与蛋白质的相互作用，或者探测某些结构的稳定性。实验中能看到什么？
　　对DNA做力学实验，科学家关注的核心问题包括：拉力与长度之间的关系、DNA在不同环境下的柔韧性、扭转弹性、断裂强度，甚至是与酶结合时的动态行为。
　　拉伸实验通常会展示出一个典型的三阶段曲线：最初，DNA表现为弹性物体，随着力增加缓慢拉长；接着，到了某一临界力时，DNA突变地拉长，可能是局部解链或结构改变；最后，进一步拉力会导致DNA断裂。而在扭转实验中，科学家发现DNA可以容忍一定程度的扭曲，形成“超螺旋”结构，这在细胞中也是调控基因表达的重要机制之一。
 　 DNA力学实验有什么用？
　　开发新型药物靶点：某些药物作用于DNA拓扑结构，比如抗癌药常通过干扰拓扑异构酶的功能来阻止肿瘤细胞增殖。力学实验可辅助筛选与验证药物效果。
　　构建纳米装置：DNA不仅是遗传物质，还是天然的纳米材料。通过力学实验验证其可控性，可以将DNA用于构建分子机械、力控开关等纳米结构。
　　研究其他生物大分子：DNA的实验方法可推广至RNA、蛋白质等，研究它们在受力下的构象变化，有助于理解疾病如阿尔茨海默病等与错误折叠有关的问题。
　　DNA不仅能被“读”，还能被“拉”。从宏观机械到微观分子，力学的原理似乎跨越了尺度的鸿沟。
　

（李立学）