Найособливіша молекула у світі зібралася в трикутник Серпінського: це вважалося неможливим

Від спіральних рукавів галактик до мікроскопічних снігових кристалів — природа, схоже, розпадається на фрактальні візерунки, що повторюються з дедалі меншими приростками. Незалежно від того, наскільки маленькими вони будуть, частини візерунка все одно нагадуватимуть ціле. Єдиним винятком вважалися молекули, які не виявляють самоподібності при зміні масштабу, але навіть це твердження тепер під сумнівом, пише Science Alert.

Міжнародна команда з Німеччини, Швеції та Великої Британії виявила щось незвичайне: фермент, що виробляється одноклітинним організмом, може утворити фрактал. Причому не просто фрактал, а повторюваний візерунок із трикутників, також відомий як трикутник Серпінського.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами біохіміка з Інституту наземної мікробіології Мавкса Планка в Німеччині Франциска Сендкера, під час роботи вони з колегами натрапили на надзвичайно незвичайну структуру. Фермент являє собою форму цитратсинтази, що продукується ціанобактерією Synechococcus elongatus.

Вчені спостерігали, як білок утворює красиві трикутники, а в міру зростання фрактала команда спостерігала все більші й більші трикутники порожнечі в середині. За словами Сендкера, це не було схоже на жодну білкову збірку, яку їм доводилося спостерігати раніше.

Команда хотіла зрозуміти в чому причина, а тому використовувала електронну мікроскопію для вивчення структури молекули на атомному рівні, досліджуючи, як пов'язані білкові ланцюги. Більшість молекул вирізняються високосиметричною структурою: кожен білковий ланцюг перебуває в однаковому розташуванні та співвідношенні з навколишніми ланцюгами. Однак структура цитратсинтази, здавалося, порушує це правило: білкові ланцюги з'єднувалися трохи по-різному, залежно від свого положення в молекулі.

У результаті вчені спостерігали конструкцію Серпінського. Цікаво, на думку вчених, те, що це була повна випадковість — вона не несла жодної функції. Коли команда генетично маніпулювала S. elongatus для отримання не фрактальної цитратсинтази, для бактерії це не мало жодного значення.

За словами біолога-еволюціоніста Георга Хохберга, вони з колегами припустили, що така дивна поведінка насправді може бути простою еволюційною випадковістю. Щоб пролити світло на цю дивну поведінку, вчені вивчили історію еволюції бактерії. Вони виявили, що потрібна лише невелика кількість мутацій, щоб змінити форму молекули з дивовижною швидкістю.

Тепер команда вважає, що фрактальні молекули насправді з'являлися і зникали в минулому у різних видів ціанобактерій. Простими словами, якщо фрактальна структура не несе ніякого корисного навантаження, організму просто не має сенсу її зберігати. Команда вважає, що молекула Серпінського, ймовірно, є тимчасовою для S. Elongatus і незабаром може зникнути.

Утім, учені не можуть виключати, що у фрактальної структури можуть бути якісь корисні властивості, які вони просто не змогли відтворити в лабораторії.

Раніше Фокус писав про те, що фізики виправили теорію відносності Ейнштейна, відкидаючи головний закон.