两条DNA分子带负电，按照静电学定律，它们本应相互排斥。但在细胞内部，它们却能够彼此几乎紧贴地靠近，平行排列并形成稳定的接触。
如今，研究人员首次得以直接观察到这种靠近的结构。
来自约克大学和谢菲尔德大学的科学家在液体环境中使用高分辨率原子力显微镜，并将其与分子动力学计算机模拟相结合。在图像中，两条DNA双螺旋在数个螺旋圈的长度上并排排列，而且它们的几何形状吻合得惊人地精确：大沟槽与大沟槽对齐，小沟槽与小沟槽对齐。
由此形成了一种类似分子闪电的结构。
离子成为桥梁
在这一过程中，二价金属离子起着关键作用——首先是镁、钙和镍。
由于DNA的磷酸骨架带负电，两个分子自然会相互排斥。带正电的离子部分抵消了这种相互作用，并能够在相邻螺旋之间形成独特的桥梁。
但这一机制比简单的“电荷中和”更为有趣。
模拟表明，离子能够位于DNA的大沟槽和小沟槽内部，并形成空间上有组织的接触网络。正因如此，两条螺旋不仅仅是彼此靠近——它们还获得了以特定几何形状相对排列的可能。
大约二十年前，阿列克谢·科尔内舍夫教授及其同事正是提出了这样一种静电“DNA闪电”模型。迄今为止，它在很大程度上仍停留在理论层面。
如今，研究人员获得了它的直接结构证据。
并非所有离子作用相同
不同的金属会形成不同类型的接触。
镍离子表现出与DNA特定区域更为局域化的相互作用。镁和钙则形成更为多样的键合网络，并能够参与小沟槽和大沟槽中的接触。
这意味着化学环境能够影响两个DNA分子并排存在的稳定程度，以及它们彼此相对取向的方式。
然而，在此重要的是不要走得太远：该实验并未表明DNA仅凭离子就能自主且无误地识别相同的序列。
研究人员观察到了相似序列之间以及不同序列之间的接触。作者推测，序列的匹配可能有助于维持正确的对齐，并使接触沿分子延伸，但这一机制仍有待更详细地研究。
DNA究竟为何要相互靠近？
此类相互作用可能对细胞内的基础过程具有重要意义：染色体的组织、基因组各区域的相互作用，以及DNA分子必须找到并比对相似序列的机制。
这项工作对DNA纳米技术也很有意义。研究人员越是清楚地了解是哪些力促使两条螺旋相互靠近，以及离子如何影响这一过程，就越能精确地设计基于DNA的人工结构——例如DNA折纸结构和其他可编程纳米结构。
不过，这项研究最有趣的部分或许还在别处。
在分子层面，生命不断解决着一些乍看之下在物理上似乎不可能完成的任务。两条带负电的螺旋本应彼此分开——可它们却偏偏靠在一起，精确地让各自的沟槽相互对齐。
而几个微小的离子，帮助把排斥转变为有序的接触。
