Prvá fraktálna molekula je prírodným matematickým zázrakom. Pozrite, ako vyzerá tento enzým
Výskumníci po prvýkrát v histórií objavili enzým s týmto jedinečným tvarom.
Výskumníci z inštitútu Maxa Plancka objavili prvý molekulárny fraktál v prírode. Ide o mikrobiálny enzým, ktorý sa spontánne skladá do vzorca, ktorý označujeme ako Sierpinského trojuholník. Vedci sa domnievajú, že tento tvar môže byť výsledkom evolučnej nehody.
Na svete existuje veľa vecí, ktoré majú určitú pravidelnosť. Snehové vločky, paprade a mnohé ďalšie. Fraktály sú objekty, ktorých menšie časti vyzerajú rovnako ako tie väčšie a to ide prakticky až donekonečna. Regulárne fraktály, ktoré ladia takmer presne naprieč niekoľkými rôznymi škálami sú v prírode mimoriadne vzácne.
Ako autori štúdie vysvetľujú, aj molekuly majú určitú regularitu. Ak sa však na ne pozriete z veľkej vzdialenosti, už ju nedokážete vidieť. V určitom bode sa pozeráme na hladkú hmotu, ktorej tvar sa nepodobá na tvar individuálnych molekúl. Vedci môžu vidieť detailnejšie štruktúry, no to závisí hlavne od toho, aké výkonné teleskopy majú.
Ak ale hovoríme o fraktáloch, podobnosť v tvare pretrváva na akejkoľvek škále, či už hovoríme o tej molekulárnej alebo našej. Výskumníci však priznávajú, že doteraz nepoznali regulárny fraktál na molekulárnej úrovni, ktorý by existoval v prírode. Vedci to považovali za akúsi záhadu. Molekuly sa vedia poskladať do rôznych fascinujúcich tvarov, no napriek tomu sa ani raz medzi nimi neobjavil regulárny fraktál.
Prvý regulárny fraktál v prírode
To sa však zmenilo v novej štúdii. Vedci po prvýkrát objavili regulárny molekulárny fraktál, ktorý sa vyskytuje v prírode. Ako sme už spomenuli na začiatku, ide o mikrobiálny enzým. Presnejšie ide o citrátsyntázu, ktorú vytvárajú sinice. Tento enzým sa skladá do Sierpinského trojuholníka, čo je donekonečna sa opakujúca séria trojuholníkov vytvorených z menších trojuholníkov.
Neprehliadnite
“Na túto jedinečnú štruktúru sme natrafili úplne náhodou. Takmer sme nemohli uveriť tomu, čo vidíme. Tento proteín vytvára nádherné trojuholníky a ako fraktál rastie, vidíme v ňom stále väčšie a väčšie trojuholníkové medzery medzi nimi. Tento proces sa nepodobá na žiadne skladanie proteínov, aké sme doteraz mali šancu pozorovať,” vysvetľuje Franziska Sendker.
An international research team has stumbled upon the first regular molecular #fractal in nature: they discovered a microbial enzyme – citrate synthase from a cyanobacterium – that spontaneously assembles into a pattern known as the Sierpinski triangle. https://t.co/2B2nGvQWCr pic.twitter.com/d7bbGAZbO9
— Max Planck Society (@maxplanckpress) April 15, 2024
Výskumníci chceli ďalej zistiť, čím sa tento enzým líši od ostatných. Pomocou elektrónového mikroskopu sa podarilo vedcom nájsť odpoveď na to, ako enzým dosiahol svoju fraktálovú geometriu. Odborníci vysvetľujú, že tento proces bol náročný, no o to fascinujúcejší, než predchádzajúce výskumy podobných štruktúr.
Problém sa ukrýval v algoritmoch a zobrazovacích prístrojoch. Tie nevedeli rozlíšiť, že drobné trojuholníky môžu byť subštruktúry väčších trojuholníkov. Algoritmus sa teda namiesto väčších trojuholníkov zameriaval na menšie. Vedci však nakoniec zistili odpoveď. Keď sa normálne proteíny skladajú, vzorec je veľmi symetrický. V prípade tohto proteínu sa však pravidlá symetrie narušili. Odlišné proteínové reťazce vykonali trošku odlišné interakcie v odlišných pozíciách fraktálu. Tak postupne vznikal pôsobivý trojuholníkový tvar.
Komentáre