Jednobuněčná sinice Synechococcus elongatus je nápadná protáhlým tvarem a rychlým růstem poháněným fotosyntézou, který je srovnatelný s rychlostí růstu kvasinek. Teď tato sinice vstoupila do velkého světa médií díky pozoruhodnému objevu. Mezinárodní tým odborníků nedávno zjistil, že tahle sinice vlastní fraktální protein, první známou molekulu v přírodě, která má fraktální uspořádání.
Fraktál je matematický zázrak, který je obtížné definovat, i pro samotné matematiky. Víceméně ale platí, že fraktální struktury jsou soběpodobné. Jsou stejné v různých měřítcích, teoreticky až donekonečna, v případě reálné molekuly samozřejmě nikoliv. V přírodě jsme už viděli fraktály u sněhových vloček, blesků nebo třeba říčních sítí. Doposud ale nebyla známá žádná molekula, která by měla fraktální povahu.
Franziska Sendkerová z německého Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie a její kolegové nalezli první takovou molekulu u zmíněné sinice. Jde o enzym citrátsyntázu, který katalyzuje první reakci Krebsova cyklu. Ukázalo se, že u této sinice samovolně vytváří fraktální strukturu takzvaného Sierpińského trojúhelníku. Stručně řečeno, je to fraktální útvar, který vzniká rekurzivním (tedy sebezahrnujícím) vykreslováním rovnostranných trojúhelníků.
Jak přiznává Sendkerová, narazili na to úplnou náhodou. Je to taková ta náhoda, co se z ní vyklube publikace v nejvíce prestižním vědeckém časopisu na světě. Nemohli uvěřit tomu, co našli v elektronovém mikroskopu. Molekuly citrátsyntázy udělaly trojúhelníky a struktura rostla a rostla. Jakoby vypadla z knížky o fraktálech. Nic podobného nikdy u žádného proteinu neviděli.
Vědce to fascinovalo a pustili se do intenzivního výzkumu. Vyzkoušeli, co se stane, když geneticky zmanipulují dotyčný protein tak, aby nevytvářel Sierpińského trojúhelník. Sinicím sice úplně nerozumíme, ale z našeho pohledu se nestalo nic. Citrátsyntáza fungovala, Krebsův cyklus v sinici běžel.
Sendkerová a spol. zkoumali dál a nakonec dospěli k fascinujícímu závěru. Ke vzniku fraktální struktury stačí jen pár nenápadných mutací v citrátsyntáze. Je to snadné. Ale tahle na první pohled komplexní biologická struktura asi nemá žádný přínos. Ani buňce znatelně neškodí. Takže je pro přírodní výběr prakticky neviditelná. Jak lakonicky dodává Michael Irving na platformě New Atlas, pro lidi, kteří hledají smysl pod každým kamenem, to nejspíš nebude uspokojivé vysvětlení. Výrazná, synteticky vyhlížející struktura – a je k ničemu. Ale tak už to v přírodě někdy chodí.
Video: Man Demonstrates The Sierpinski Triangle in Mathematical Visual || ViralHog
Literatura
Vědci poprvé nafotili jednotlivé molekuly proteinů
Autor: Stanislav Mihulka (06.02.2016)
Vylepšený bakteriální superenzym nenasytně hltá plastový odpad
Autor: Stanislav Mihulka (01.10.2020)
DNA nanoroboti mohou „donekonečna“ replikovat sami sebe
Autor: Stanislav Mihulka (09.12.2023)
Diskuze:
s omluvou nedůležitá připomínka
Tomas Werner,2024-04-18 10:05:11
to co nás na "těch útvarech" fascinuje je soběpodobnost, pro kterou se nesprávně zažil termín fraktál. Fraktál je útvar s neceločíselnou dimenzí. Ne všechny fraktály jsou soběpodobné. Zdaleka ne všechny soběpodobné útvary jsou fraktály. Používejme tedy prosím pro fascinující soběpodobné vzory správné označení = soběpodobné :)
Ještě jednou se omlouvám
tow
Re: s omluvou nedůležitá připomínka
Pavel Kaňkovský,2024-04-20 17:45:22
Je pravda, že ne všechny soběpodobné útvary jsou současně fraktály, ale ty které jimi nejsou, jsou triviální a nezajímavé (např. úsečka nebo obdélník). Nebo znáte nějaký protipříklad?
A je pravda, že fraktál nemusí být nutně soběpodobný v nějakém smyslu toho slova (i když většina takových, které lze nějak rozumně definovat, asi nějakou formu soběpodobnosti vykazuje), ale každý fraktál musí být "nekonečně detailní".
Posléze pak soudím, že fascinující je hlavně ta fraktálnost.
Jak technologicky náročné
Marcel Brokát,2024-04-17 18:31:01
je pro molekulu citrátsyntázy takovou fraktální strukturu vytvořit. Je to energeticky náročnější než jiné struktury, méně náročné nebo rovnocenné...? Trvá to delší čas, kratší čas nebo stejně? Jaká je životnost takové struktury v porovnání s ostatnímy atd atd atd..
sinice
Alexis Bergman,2024-04-17 14:36:51
Je otázka, zda a jak jsou tyto mutované sinice jedovaté, a zda se objeví také v brněnské přehradě, která před časem sinicemi oplývala, takže v ní bylo zakázáno koupání.
Re: sinice
Roman Sobotka,2024-04-18 08:45:59
Ona ta S. elongatus ma optimum nad 30C, takze v brnenske prehrade moc neporoste. Je otazka, jestli tim mutovane myslite puvodni S. elongatus, ktery ma mutovanou citrat syntazu tak, ze in vitro dela fraktalni oligomery, nebo kmen S. elongatus, upraveny v laboratori tak, aby mel citrat syntazu jako ostatni sinice - a fraktaly nedelal. Sinice, stejne jako jakekoli jine bakterie, v prirode mutuji docela zbesile. Nic jako 'nemutovana sinice' v prirode neni.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
