Doğadaki ilk fraktal parçacık Sierpinski üçgeninde birleşiyor ve nedenini bilmiyoruz

Galaksilerin sarmal kollarından mikroskobik buz kristallerine kadar doğa, giderek daha küçük artışlarla tekrarlanan fraktal benzeri desenlere dönüşüyor gibi görünüyor. Modelin parçaları ne kadar küçük olursa olsun yine de bütüne benziyor.

Tek istisnanın, değişen ölçeklerde kendine benzerlik gösterdiği bilinmeyen moleküller olduğu görülüyor. Yani şimdiye kadar.

Almanya, İsveç ve Birleşik Krallık'tan araştırmacılar, tek hücreli bir organizma tarafından üretilen ve kendisini bir fraktal (sadece bir fraktal değil, aynı zamanda “fraktal” olarak bilinen, tekrarlanan bir üçgen deseni) şeklinde düzenleyebilen bir enzim keşfettiler. Sierpinski üçgeni.

Enzim, siyanobakteriler tarafından üretilen bir sitrat sentaz formudur. Stafilokok longusFraktal olmayan öncülerden evrimleri, bu tür moleküler modellerin şaşırtıcı derecede hızlı bir şekilde ortaya çıkabileceğini gösteriyor.

“Bu yapıyı tesadüfen bulduk ve elektron mikroskobuyla ilk fotoğraflarını çektiğimizde gördüklerimize neredeyse inanamadık.” biyokimyacı Franziska Sendker diyor Almanya'daki Max Planck Karasal Mikrobiyoloji Enstitüsü.

“Protein bu güzel üçgenleri oluşturuyor ve fraktallar büyüdükçe, bunların ortasında gittikçe daha büyük üçgen boşluklar görüyoruz; bu, daha önce gördüğümüz herhangi bir protein birleşiminden tamamen farklı.”

Araştırmacılar bunun bir nedeni olduğunu buldu. Molekülün yapısını atomik düzeyde incelemek ve protein zincirlerinin nasıl bağlandığını incelemek için elektron mikroskobu kullandılar.

Çoğu molekül içerir … Çok simetrik yapıHer protein zincirinin kendisini çevreleyen protein zincirleriyle aynı sırada ve ilişkide olduğu yer. Sitrat sentazın bu özel yapısı bu kuralı yıkmayı başarır: Protein zincirleri, moleküldeki konumlarına bağlı olarak biraz farklı şekillerde bağlanır.

Sonuç olarak Sierpinski'nin düzenlemesi ortaya çıktı ve ilginç bir şekilde ekibin araştırması bunun hiçbir işlevi olmayan tam bir kaza gibi göründüğünü ortaya çıkardı. Ekip genetiği değiştirdiğinde… S. elongatus Fraktal olmayan sitrat sentaz üretmek bakteriler için hiçbir fark yaratmadı.

“Kendi kendine birleşme genellikle enzimleri düzenlemek için kendi kendine birleşme tarafından kullanılır, ancak bu durumda bu enzimin bulunduğu siyanobakteriler, sitrat sentazlarının bir fraktal halinde birleşip birleşemeyeceğiyle pek ilgilenmiyor gibi görünüyor.” diyor evrimsel biyolog George Hochberg Max Planck Karasal Mikrobiyoloji Enstitüsü.

“Bu da bizi bunun sadece zararsız bir gelişme kazası olup olmadığı konusunda sorgulamaya yöneltti. Söz konusu yapıyı inşa ederken bu tür kazaların meydana gelmesi çok da zor değil.”

Görünen o ki fraktal modeli elde etmek bir molekül için çok da zor değil. Araştırmacılar, sitrat sentaz molekülünün bugün göründüğü öncüllerini ve zamanla yapısını değiştirmiş olabilecek amino asit ikamelerini belirlemek için atalardan kalma dizi rekonstrüksiyonlarını kullanarak evrim tarihini araştırdılar.

Bir molekülün şeklini inanılmaz derecede hızlı bir şekilde değiştirmek için yalnızca çok az sayıda mutasyonun yeterli olduğu ortaya çıktı. Ancak kolayca gelen, kolayca gider; aynı hızla tekrar ortadan kaybolabilir. Aslında ekibin araştırması, fraktal moleküllerin farklı siyanobakteri türlerinde geçmişte birkaç kez ortaya çıkıp kaybolduğunu öne sürüyor.

Sadece eğer fraktal bir yapı biyolojik olarak kullanışlı değilse, organizmanın onu muhafaza etmesi için hiçbir neden yoktur, dolayısıyla yok olur. ile S. elongatusSierpiński molekülünün yalnızca geçici olması mümkündür. Ya da belki de doğada laboratuvarda gözlemlenmeyen bazı faydalar vardır.

“Kendi kendine toplanmadaki evrimsel geçişlerin, yapısal veritabanlarının önerdiğinden daha yaygın olabileceğini düşünüyoruz.” Araştırmacılar makalelerinde yazıyor.

“Belki de yalnızca küçük bir kısmı organizmaları için önemli olacak ve varlıklarını sürdürecek. Diğer birçok grup, ortaya çıktıkları kadar hızlı bir şekilde yok olacak. Dolayısıyla, çağlar boyunca keşfetmemiz için bugüne ulaşmamış kaç tane benzersiz topluluğun evrimleştiğini merak edebiliriz. “diye gözlemliyor.

Sonuçlar şurada yayınlandı: doğa.