První fraktální enzym. Kredit: MPI f. Terrestrial Microbiology/ Hochberg.

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.

Sierpińského trojúhelník. Kredit: Saperaud, Wikimedia Commons.

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 Sendker. Kredit: Max-Planck-Gesellschaft.

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

New Atlas 15. 4. 2024.

Nature online 10. 4. 2024.