Две верёвки, склеенные по длине, сами собой свиваются в двойную спираль. Так устроена ДНК — только роль клея играют водородные связи между основаниями, а жёсткость задают сами цепочки. Но что случится, если эту конструкцию ничем не растягивать и не закручивать снаружи?
Авторы исследования собрали модель из двух гибких нитей и устроили им «свободное плавание» — без внешних сил. Они меняли два главных параметра: силу сцепления между нитями и упругость скручивания. В ответ молекула принимала одну из четырёх форм: плоскую ленту, беспорядочный клубок, классическую двойную спираль или полностью раскрученную двойную спираль.
Главный вывод: чтобы спираль держалась сама, нужен точный баланс. Слишком слабое сцепление — и ДНК превращается в плоскую ленту. Слишком жёсткие нити — и она раскручивается. Это похоже на пружину от старого будильника: если сталь слишком мягкая, пружина не держит форму; если слишком жёсткая — ломается при скручивании. Так и здесь — жизнь возможна только в узком коридоре между крайностями.
Число зацепления Гаусса, которое использовали авторы, придумал тот самый Карл Фридрих Гаусс — ещё в 1833 году, изучая магнитные поля. Оно оказалось настолько универсальным, что теперь помогает описывать и ДНК, и квантовые жидкости, и космические струны.