Самая особенная молекула в мире собралась в треугольник Серпинского: это считалось невозможным
Ранее ученые считали, что молекулы не проявляют самоподобия при изменении масштаба, но одна молекула изменила все, что мы знали до этого.
От спиральных рукавов галактик до микроскопических снежных кристаллов — природа, похоже, распадается на фрактальные узоры, повторяющиеся со все меньшими приращениями. Независимо от того, насколько маленькими они будут, части узора все равно будут напоминать целое. Единственным исключением считались молекулы, не проявляющие самоподобия при изменении масштаба, но даже это утверждение теперь под сомнением, пишет Science Alert.
Международная команда из Германии, Швеции и Великобритании обнаружила нечто необычное: фермент, вырабатываемый одноклеточным организмом, может образовать фрактал. Причем не просто фрактал, а повторяющийся узор из треугольников, также известный как треугольник Серпинского.
У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!
По словам биохимика из Института наземной микробиологии Мавкса Планка в Германии Франциска Сендкера, во время работы они с коллегами наткнулись на чрезвычайно необычную структуру. Фермент представляет собой форму цитратсинтазы, продуцируемую цианобактерией Synechococcus elongatus.
Ученые наблюдали, как белок образует красивые треугольники, а по мере роста фрактала команда наблюдала все большие и большие треугольники пустоты в середине. По словам Сендкера, это не было похоже ни на одну белковую сборку, которую им доводилось наблюдать ранее.
Команда хотела понять в чем причина, а потому использовала электронную микроскопию для изучения структуры молекулы на атомном уровне, исследуя, как связаны белковые цепи. Большинство молекул отличаются высокосимметричной структурой: каждая белковая цепь находится в одинаковом расположении и соотношении с окружающими ее цепями. Однако структура цитратсинтазы, казалось, нарушает это правило: белковые цепи соединялись немного по-разному, в зависимости от своего положения в молекуле.
В результате ученые наблюдали конструкцию Серпинского. Любопытно, по мнению ученых, то, что это была полная случайность — она не несла никакой функции. Когда команда генетически манипулировала S. elongatus для получения нефрактальной цитратсинтазы, для бактерии это не имело никакого значения.
По словам биолога-эволюциониста Георга Хохберга, они с коллегами предположили, что столь странное поведение в действительности может быть простой эволюционной случайностью. Чтобы пролить свет на это странное поведение, ученые изучили историю эволюции бактерии. Они обнаружили, что требуется лишь небольшое количество мутаций, чтобы изменить форму молекулы с поразительной быстротой.
Теперь команда полагает, что фрактальные молекулы на самом деле появлялись и исчезали в прошлом у разных видов цианобактерий. Простыми словами, если фрактальная структура не несет никакой полезной нагрузки, организму попросту не имеет смысла ее сохранять. Команда полагает, что молекула Серпинского, вероятно, является временной для S. Elongatus и вскоре может исчезнуть.
Впрочем, ученые не могут исключать что у фрактальной структуры могут быть какие-либо полезные свойства, которые они попросту не смогли воспроизвести в лаборатории.
Ранее Фокус писал о том, что физики исправили теорию относительности Эйнштейна, отвергая главный закон.