Felfedezték az első természetes fraktál-molekulát

A többé-kevésbé szabályos, különböző mérettartományokon keresztül önismétlő mintázatok, mint a napraforgó virágzatának spirálja, a páfrány levelei, a felcsavarodó csigaház vagy épp a pagodakarfiol a természetes fraktálmintázatok ismert példái.

Persze rajtuk kívül számtalan van még, amelyeket első pillantásra fel sem ismernénk talán. A szabályos fraktálmintázatok, amelyek önhasonlósága minden nagyságrendben fennmarad, rendkívül ritkák a természetben, és molekuláris szinten még sosem találtak ilyesmit. Ha véletlenül megpillantottak egy önhasonló molekulát, akkor az kisebb nagyításban már biztosan elveszítette e tulajdonságát.

A Max Planck Intézet és a Phillips Egyetem (mindkettő Marburg) kutatói egy cianobaktérium egyik enzim molekuláját vizsgálva vették észre, hogy az egészen úgy fest, mint egy Sierpinski-háromszög. Azonban, amint azt az elektronmikroszkópos vizsgálatok és az evolúciós biokémia alapján sejteni lehet, ez pusztán a véletlen műve.

A cianobaktériumok citrát-szintáz enzimje, úgy tűnik, spontán áll össze ilyen mintázattá. A Sierpinski-háromszög egy olyan háromszög, ami végtelenül ismétlődő kisebb háromszögekből áll össze.

Teljesen véletlen volt, hogy az elektronmikroszkóppal készített első képeken megpillantottuk ezt a hihetetlen szerkezetet

– magyarázta Franziska Sendker, a kutatás vezetője. „A fehérje ilyen gyönyörű háromszöges szerkezetet alkot, és amint növekszik a fraktál, úgy láthatunk egyre nagyobb és nagyobb, középen lyukas háromszögeket. Soha korábban nem láttunk még fehérjéket e módon összeállni.”

Sierpinski-háromszög, animáció

Forrás: Wikimedia Commons

A vizsgálatok azt is feltárták, hogy míg egy átlagos molekula abszolút szimmetrikusan épül fel, mindegyik eleme hasonlít a szomszédjára, ami fura módon ahhoz vezet, hogy a lépték változásával eltűnnek a mintázatai. A fraktálrendszerű enzim molekulájának kialakulása során ugyanakkor egy egészen kicsiny aszimmetria lép fel, s emiatt alakulhattak ki a középen lyukas háromszögek.

A kutatók megvizsgálták, hogy van-e valami szerepe e különleges alakzatnak, ehhez úgy módosították az enzim molekuláját, hogy az ne vehessen fel ilyen szabályos mintázatot. Azonban az enzimet használó cianobaktériumot egy cseppet sem zavarta, pont ugyanúgy működött tovább, mintha a fraktál mintázatú molekula volna benne.

A kutatók szerint az efféle szerkezeti „balesetek” akkor történhetnek, ha a kérdéses szerkezetet nem különösebben nehéz összeállítani. Ezt a kutatók laborkörnyezetben le is tesztelték. Kiszámították, milyen lehetett a molekula néhány millió évvel ezelőtt, majd ezt szintetikusan megalkotva hagyták, hogy kiderüljön, miként fejlődik tovább.

A vártnak megfelelően, egészen kevéske mutáció révén, egyszer csak megjelent a most megismert szerkezet. A legtöbb cianobaktériumban el is veszett szinte azonnal, ám egyetlen fajban fennmaradt. A kutatók szerint ez a kísérlet is bizonyítja, hogy amit nem különösebben nehéz evolúciósan összehozni, az ki is alakulhat bármikor, még akkor is, ha látszólag összetett lesz a végeredmény szerkezete.