Вчені щойно відкрили першу в природі фрактальну молекулу
Фрактали – ці самоподібні форми, які можна нескінченно збільшувати, не втрачаючи деталей, – на диво повсюдно зустрічаються в природі. У вас є сніжинки, як відомо; цвітна капуста і берегова лінія; навіть кролики, якщо трохи попрацювати, можуть відповідати фрактальним візерункам.
Звичайно, жоден з цих прикладів не можна назвати фрактальним поза межами математичного класу – реальний світ просто не працює таким чином. Якщо для математиків збільшення масштабу до нескінченності та її зворотної величини вимагає лише кількох обмежень, то решті з нас з часом доведеться мати справу з такими речами, як “атоми” – і з наслідками спроб зменшитись до меншого.
Звідси виникає питання: наскільки малим ми можемо стати насправді? І згідно з нещодавнім відкриттям, зробленим дослідниками з Інституту Макса Планка в Марбурзі, Німеччина, відповідь… майже до кінця.
“Усі відомі регулярні фрактали в природі створені живими організмами та існують у макроскопічному масштабі. Однак жоден з них ще не був виявлений в природі на молекулярному рівні”, – пояснює команда в новій статті, що описує знахідку.
Але тепер все змінилося: “Ми повідомляємо про відкриття природного метаболічного ферменту, здатного утворювати трикутники Серпінського в розведеному водному розчині при кімнатній температурі”, – йдеться в статті.
Іншими словами, вони відкрили першу в історії природну фрактальну молекулу.
“Ми натрапили на цю структуру абсолютно випадково, – сказала перший автор статті Франциска Сендкер у своїй заяві про знахідку. “Ми майже не могли повірити в те, що побачили, коли вперше сфотографували її за допомогою електронного мікроскопа”.
“Білок утворює ці красиві трикутники, – пояснила вона, – і в міру того, як фрактал зростає, ми бачимо все більші і більші трикутні порожнечі посередині них, що абсолютно не схоже на будь-яку білкову збірку, яку ми коли-небудь бачили раніше”.
Що ж робить цю молекулу такою відмінною від усіх інших? За допомогою електронної мікроскопії команда врешті-решт змогла розшифрувати її структуру – і те, що вони знайшли, перевершило очікування щодо того, як можуть збиратися білки.
Простіше кажучи, ця конкретна молекула – цитратсинтаза з ціанобактерії Synechococcus elongatus – просто не така специфічна, як звичайні білки. Замість того, щоб будувати себе симетрично, з кожним окремим білковим ланцюжком, ідентичним за розташуванням своїм сусідам, S. elongatus збирався трохи химерно. Результат? Структура трикутника Серпінського, яка зберігається навіть тоді, коли білки стають більшими.
“Це була одна з найскладніших, але й найзахопливіших структур, які я вирішував у своїй кар’єрі”, – сказав Ян Шуллер, дослідник з Університету Філіпса в Марбурзі, чия група допомагала визначати структуру.
“Проблема з визначенням структури фракталу полягає в тому, що наші методи усереднення зображень постійно плуталися через те, що менші трикутники можуть бути підструктурами більших трикутників”, – пояснив він. “Алгоритм продовжував націлюватися на ці менші трикутники замість того, щоб бачити більші структури, частиною яких вони були”.
І що найцікавіше? Здається, що ця поки що унікальна молекулярна структура могла виникнути абсолютно випадково.
“Ми ніколи не можемо бути повністю впевнені в причинах того, що відбувалося в минулому”, – сказав Георг Хохберг, еволюційний біолог і старший автор дослідження. Але, за його словами, “цей конкретний випадок має всі ознаки, здавалося б, складної біологічної структури, яка просто з’явилася на світ без жодної вагомої причини, тому що їй було дуже легко еволюціонувати”.
І це, м’яко кажучи, захоплює. Адже давайте подивимось правді в очі: якщо трикутники Серпінського молекулярного масштабу завжди були навколо нас, з’являючись практично випадково, просто тому, що вони могли з’явитися – то що ще може бути там, просто чекаючи на те, щоб бути відкритим наступним?
