Fractales son un tipo de patrón fascinante para los nerds de las matemáticas, con sus estructuras repetitivas y de apariencia artificial. Ahora, los científicos han descubierto la primera proteína fractal conocida, y parece ser un accidente evolutivo.
Fractales Son difíciles de definir, incluso para los matemáticos, pero en general son formas geométricas que se componen de estructuras más pequeñas que se parecen al todo. En la práctica, eso significa que si te acercas a una parte de un fractal, verás una estructura similar, y si te acercas a una parte de esa parte, verás una estructura similar, y así sucesivamente, esencialmente hasta el infinito.
En la naturaleza, las características fractales aparecen en cosas como copos de nieve, relámpagos y redes de ríos. Las moléculas pueden parecer un lugar privilegiado en el que uno esperaría encontrarlas, ya que pueden organizarse en todo tipo de formas intrigantes, pero entre todos los catálogos de moléculas existentes, nunca ha habido un fractal regular (aquellos que coinciden casi exactamente en todas partes). escamas).
Pero ahora, científicos del Instituto Max Planck y de la Universidad Philipps han encontrado el primer fractal molecular regular. Es una enzima utilizada por una especie de cianobacteria para producir citrato, que se ensambla naturalmente en un patrón fractal específico llamado Triángulo de Sierpiński.
Básicamente, comienza con un solo triángulo equilátero. Luego, saca un triángulo invertido desde el centro, de modo que tengas tres triángulos más pequeños que formen un triángulo más grande, con un vacío triangular en el centro (un símbolo que puede resultar familiar a los fans de La leyenda de Zelda). Luego, saca un triángulo invertido de cada uno de los triángulos sólidos más pequeños, de modo que tengas tres de la segunda forma, o nueve de la forma original, formando un triángulo más grande. Podrías seguir haciendo esto para siempre, con cada triángulo más pequeño, y ese es el patrón fractal del triángulo de Sierpiński.
«Nos topamos con esta estructura por casualidad y casi no podíamos creer lo que vimos cuando tomamos imágenes por primera vez con un microscopio electrónico», dijo Franziska Sendker, primera autora del estudio. «La proteína forma estos hermosos triángulos y, a medida que el fractal crece, vemos estos vacíos triangulares cada vez más grandes en el medio de ellos, lo cual es totalmente diferente a cualquier conjunto de proteínas que hayamos visto antes».
Para descubrir cómo esta proteína adquiere una estructura tan intrigante, los investigadores utilizaron microscopía electrónica para analizarla con más detalle y descubrieron que su autoensamblaje no era simétrico. Se descubrió que diferentes cadenas de proteínas realizaban interacciones ligeramente diferentes en diversas posiciones del fractal, formando la sorprendente estructura.
Entonces, ¿esta maravilla matemática tiene un propósito específico en la biología de la bacteria? Para averiguarlo, el equipo alteró genéticamente el microbio para que la proteína no formara la estructura fractal, pero la bacteria aún podía producir citrato sin problemas.
Esto inspiró a los investigadores a investigar otra posibilidad: que esta estructura sea relativamente fácil de evolucionar, por lo que sucede por casualidad y no necesita tener un propósito específico. Utilizaron una técnica de reconstrucción de secuencia ancestral para rastrear su posible evolución a lo largo de millones de años y luego produjeron bioquímicamente esas proteínas antiguas.
Quizás sorprendentemente descubrieron que la estructura fractal apareció con bastante rapidez, después de sólo unas pocas mutaciones. Pero pronto se perdió en otros linajes de cianobacterias, hasta que permaneció sólo en la única especie en la que se encontró recientemente.
«Aunque nunca podemos estar totalmente seguros de las razones por las que sucedieron cosas en el pasado, este caso en particular tiene todos los elementos de una estructura biológica aparentemente compleja que simplemente surgió sin ninguna buena razón porque simplemente era muy fácil de evolucionar”, dijo Georg Hochberg, autor principal del estudio.
Puede que esta no sea una explicación particularmente satisfactoria para las personas que buscan significado en algo que casi parece artificial, pero en el lado positivo, sugiere que puede haber muchos más fractales moleculares esperando a ser descubiertos.
La investigación fue publicada en la revista. Naturaleza.
Fuente: Instituto Max Planck