Случайность как художник: учёные обнаружили первую фрактальную молекулу

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Оффтопик

Природа, словно увлеченный художник, разбрасывает свои шедевры по всему миру. От изящных снежинок до причудливых изгибов раковин — повсюду мы видим симметрию, узоры и гармонию. Но иногда, играючи, природа создает нечто совершенно неожиданное, разрушая привычные шаблоны и бросая вызов нашему пониманию порядка. Именно такой сюрприз преподнесли ученые, обнаружив первый в мире молекулярный фрактал.

Автор: Designer

Фракталы — это геометрические фигуры, обладающие свойством самоподобия. Их структура повторяется на всех масштабах, от мельчайших деталей до общей формы. В природе мы встречаем фракталы в изломах береговой линии, ветвях деревьев, прожилках листьев. Но на молекулярном уровне, в мире белков и атомов, фракталы казались невозможными. До сих пор.

Встреча с треугольником Серпинского

Цитратсинтаза — фермент, участвующий в жизненно важных процессах обмена веществ у цианобактерий. Казалось бы, что может быть прозаичнее? Но исследователи из Института Макса Планка и Университета Филиппа в Марбурге обнаружили, что молекулы этого фермента способны на удивительное: они самоорганизуются, образуя узор, известный как треугольник Серпинского. Этот фрактал представляет собой бесконечную последовательность треугольников, вложенных друг в друга, с пустыми пространствами, напоминающими звездное небо.

(a), Распределение олигомерных белковых комплексов очищенного CS из двух видов цианобактерий, S. elongatus PCC 7942 (SeCS, масса мономера = 44,3 кДа) и Synechocystis sp. PCC 6803 (масса мономера = 45,9 кДа), измеренное MP. На рисунках изображена сборка известных белков CS. b, Распределение субъединиц SeCS в различных олигомерных комплексах, соответствующих измерениям МП в (a). (c, d), 2D классные значения очищенного SeCS, зарегистрированные с помощью ЭМ, окрашенных с отрицательным эффектом. Комплексы 6mer не давали обзоров сверху. Таким образом, для представления был использован изолированный 6mer из среднего по классу 18mer. Схемы изображений справа. (e), Количественная оценка размеров Хаусдорфа (D) с использованием средних классов 18 и 54 меров. Данные представлены в виде средних значений трех различных положений сетки, а столбцы погрешности соответствуют s.d. (D) получено из наклона линии регрессии (R254мер = 0,996, Р218мер = 0,997). (f), Рg значения, выведенные из данных SAXS для SeCS и гексамерного варианта (SeCS L18Q;) при различных концентрациях белка. Эксперимент проводили, начиная с самой высокой концентрации, а затем последовательно разбавляя белок. Таким образом, более крупные сборки являются реверсивными. Измеряли по одной пробе для каждой стадии концентрирования в течение десяти кадров. Представленные данные представляют собой выводимый Rg значения с использованием аппроксимации Гинье, а столбцы ошибок соответствуют s.d. значений аппроксимации, вычисленных из ковариационной матрицы (ScÅtter IV). Пунктирными линиями обозначен Rg Значения рассчитаны по указанным структурным моделям 6MER, 18MER и 54MER.
Автор: Sendker, F.L., Lo, Y.K., Heimerl, T. et al. Emergence of fractal geometries in the evolution of a metabolic enzyme. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07287-2 (CC-BY 4.0) Источник: www.nature.com

Открытие было сделано совершенно случайно, как это часто бывает в науке. Ученые, изучая структуру цитратсинтазы, были поражены изображениями, полученными с помощью электронного микроскопа. Вместо ожидаемой регулярной решетки молекул они увидели завораживающий фрактальный узор.

Секрет асимметрии

Разгадка тайны фрактального белка кроется в его асимметрии. Обычно при самоорганизации белковых молекул каждая цепь занимает одинаковое положение относительно своих соседей. Это приводит к формированию симметричных, упорядоченных структур. Но в случае с цитратсинтазой все иначе. Различные белковые цепи взаимодействуют друг с другом по-разному, создавая сложный и непредсказуемый узор, подобный треугольнику Серпинского.

Эволюционная игра

Зачем же цианобактерии понадобился фрактальный фермент? Удивительно, но, похоже, это всего лишь игра случая, эволюционный каприз. Ученые провели эксперимент, в котором генетически модифицировали цианобактерии, лишив их цитратсинтазу способности собираться во фрактальные структуры. Оказалось, что это никак не повлияло на жизнедеятельность бактерий.

Чтобы разобраться в этой загадке, исследователи заглянули в прошлое. Используя специальные методы, они реконструировали эволюционную историю цитратсинтазы и обнаружили, что фрактальная структура возникла внезапно, в результате нескольких случайных мутаций. В других линиях цианобактерий эта особенность быстро исчезла, но у одного вида она сохранилась до наших дней.

Новый взгляд на эволюцию

Открытие молекулярного фрактала заставляет нас переосмыслить роль случая в эволюции. Оказывается, даже такие сложные и изысканные структуры могут возникать без какой-либо видимой цели, просто как результат случайных событий. Это открывает перед нами увлекательную перспективу: возможно, в мире биомолекул скрывается еще множество удивительных форм и узоров, ждущих своего открытия. И кто знает, какие еще сюрпризы готовит нам природа в своей бесконечной игре со случайностью и порядком.

5 комментариев

276841335@vkontakte
Учёные: собирают килограмм цитратсинтазы, обрабатывают, включают электронный микроскоп, делают открытие.
Публика:
— Какая поразительная случайность.
100622683114546951724@google
Вот интересно люди могут создать самолет, машину, ракету, роботов, но не могут даже приблизиться к созданию живого организма, самой простой живой клетки. Но при этом верят в случайности. Поразительно.
K
Что значит не могут? Уже давно собрали по молекулам полностью функциональную живую клетку.
100622683114546951724@google
Из не живого сделали живое? Ну это открытие самое большое за всю историю человечества! Поздравляю! И себя и вас!)))
Фамилии гениев в студию!)
B
Попросил ИИ придумать историю из маловероятных событий:
ChatGPT 4
User
Придумай короткую историю из цепочки маловероятных событий
ChatGPT
В один ясный весенний день Марина решила прогуляться по парку. Вдруг из-за дерева выскочил попугай, ярко-зелёный, с ключами в клюве. Марина пошла за попугаем, и он привёл её к старому автомобилю, припаркованному у озера. Она использовала ключи, чтобы открыть багажник, где нашла загадочный сундук.
Открыв сундук, Марина обнаружила внутри старинный механический артефакт, который, как оказалось, был устройством для перемещения во времени. Она активировала артефакт и мгновенно оказалась в Париже 1920-х годов. Там она встретила известного художника, который как раз искал модель для своей новой картины. Марина согласилась позировать, и портрет оказался настолько великолепен, что был куплен неким мистериозным коллекционером.
Как выяснилось позже, этот коллекционер — потомок Марины, который использовал другой временной артефакт, чтобы создать временной парадокс и встретить свою предшественницу. Вернувшись в настоящее, Марина обнаружила, что теперь она известна как потерянный гений арт-деко, а её портрет висит в одном из самых престижных музеев мира.
Вот, примерно таким же образом эволюционисты объясняют появление этой молекулы

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Смотрим на Солнце через фильтр: обзор модели Svbony SV229 диаметром 80-118 мм

Солнечный фильтр представляет собой специальную пленку с оптической плотностью 5, т. е. ослабляющая интенсивность проходящего света — 10⁵ раз (100000 раз). Пленку можно купить отдельно и...

Причины автоматической перезагрузки смартфонов на Android и как их исправить

Постоянные и неожиданные перезагрузки планшета или мобильного устройства на базе Android могут вызвать значительное неудобство, особенно когда устройство необходимо для важных задач. Самым быстрым...

Что такое режим Fastboot на андроид. Как его включить и выключить

Современные устройства имеют встроенный режим восстановления, который предназначен для восстановления данных пользователя и системы в случае серьезных сбоев операционной системы. На устройствах,...

TIN HiFi P1 MAX 2- обзор внутриканальных планаров с отличным звучанием

P1 MAX 2 является продолжением линейки планарных наушников P1 от известного производителя наушников TIN HiFi. В народе их просто называют пандами. Это мое первое знакомство с планарами в этом...

Удивительная наука: Что гидра может рассказать о происхождении аппетита?

Гидра — крошечный пресноводный хищник, больше похожий на фрагмент водоросли, чем на сложное животное. Однако, это удивительное создание таит в себе секреты эволюции нервной системы,...

Моа: Возвращение из небытия. Секвенирован геном вымершей птицы

В далеком прошлом, когда по земле бродили динозавры, а мир был совсем другим, на островах Новой Зеландии обитали удивительные птицы — моа. Эти величественные существа, не умеющие летать,...