自然界中的第一個分形分子組裝成謝爾賓斯基三角形，我們不知道為什么

從螺旋臂星系到微小的雪晶，自然界似乎陷入了類似分形的模式以越來越小的增量重復。無論你走多小，圖案的某些部分仍然與整體相似。

一個例外似乎是分子，它們尚未在不斷變化的尺度上表現(xiàn)出自相似性。也就是說，直到現(xiàn)在。

來自德國、瑞典和英國的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種由單細胞生物產(chǎn)生的酶，這種酶可以將自己排列成分形——不僅僅是任何分形，而是一種稱為謝爾賓斯基三角形.

該酶是由藍藻產(chǎn)生的檸檬酸合酶的一種形式Synechococcus elongatus（細長聚球菌），它從非分形前體進化而來，表明這種分子模式可以出人意料地迅速出現(xiàn)。

“我們完全是偶然發(fā)現(xiàn)的，當我們第一次使用電子顯微鏡拍攝圖像時，幾乎不敢相信我們所看到的，”生物化學家Franziska Sendker說德國馬克斯·普朗克陸地微生物研究所。

“蛋白質形成了這些美麗的三角形，隨著分形的增長，我們在它們的中間看到這些越來越大的三角形空隙，這完全不同于我們以前見過的任何蛋白質組裝。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這是有原因的。他們使用電子顯微鏡在原子水平上研究分子的結構，檢查蛋白質鏈是如何連接的。

大多數(shù)分子具有高度對稱的結構，每條蛋白質鏈都落入與其周圍的蛋白質鏈相同的排列和關系中。檸檬酸合酶的這種特殊結構設法打破了這一規(guī)則：蛋白質鏈以略有不同的方式連接起來，這取決于它們在分子中的位置。

結果是謝爾賓斯基安排，有趣的是，該團隊的研究發(fā)現(xiàn)，這似乎是一場完全沒有任何作用的事故。當團隊進行基因操作時S. elongatus（細長鏈球菌）為了產(chǎn)生非分形檸檬酸合酶，它對細菌根本沒有影響。

“進化經(jīng)常使用自組裝來調節(jié)酶，但在這種情況下，發(fā)現(xiàn)這種酶的藍藻似乎并不關心它的檸檬酸合酶是否可以組裝成分形。進化生物學家Georg Hochberg說馬克斯·普朗克陸地微生物研究所。

“這促使我們懷疑這是否只是一個無害的進化事故。當所討論的結構不太難建造時，就會發(fā)生這樣的事故。

對于分子來說，分形模式似乎并不是一件非常困難的事情。研究人員通過使用祖先序列重建來探索進化歷史，以確定今天出現(xiàn)的檸檬酸合酶分子的前體，以及可能隨著時間的推移改變其結構的氨基酸取代。

事實證明，只需要極少量的突變就可以改變分子的形狀，而且速度驚人。但來得容易就是去得容易——它可以很快再次消失。事實上，該團隊的研究表明，分形分子在過去多次出現(xiàn)在不同種類的藍藻中。

只是，如果分形結構在生物學上沒有幫助，那么生物體就沒有理由保留它，所以它就消失了。為S. elongatus（細長鏈球菌），謝爾賓斯基分子可能只是暫時的?；蛘?，也許在自然界中，有一些在實驗室環(huán)境中沒有觀察到的好處。

“我們懷疑自組裝中的進化轉變可能比結構數(shù)據(jù)庫看起來更常見，”研究人員在他們的論文中寫道.

“也許只有一小部分對他們的生物體變得重要并持續(xù)存在。許多其他人會像它們出現(xiàn)一樣迅速消失。因此，我們只能想知道，在億萬年的時間里，有多少獨特的集會已經(jīng)演變成從未出現(xiàn)過供我們觀察的集會。

研究結果已發(fā)表在自然界.

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