作者:张梦然 来源:科技日报 发布时间:2024/4/15 10:26:07
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自然界中发现首个规则分子分形

 

云或河流三角洲(上图)中的分形结构是由随机过程创建的;蕨类植物(下图左)和罗马花椰菜(下图右)是规则分形。图片来源:马克斯·普朗克陆地微生物研究所

科技日报讯 (记者张梦然)德国马克斯·普朗克陆地微生物研究所和马尔堡大学领导的国际研究小组偶然发现了自然界中第一个规则分子分形。他们发现来自蓝藻的柠檬酸合酶会自发地组装成谢尔宾斯基三角形模式。电子显微镜和进化生物化学研究表明,这种分形可能代表了“进化事故”。研究成果发表在新一期《自然》杂志上。

自然界的许多结构都有一定的规律性。它们的各个部分类似于整个结构的形状。这种从最大到最小重复的形状称为分形。许多分形结构,例如云或河流三角洲中的分形结构都是由随机过程创建的,较小的河床与较大河道的结构并不完全对应。而蕨类植物和罗马花椰菜则是规则分形的例子。但是,在尺度上几乎完全匹配的规则分形在自然界中非常罕见。


虽然分子可自行组装成各种奇妙形状,但它也有一定的规律性。科学家拥有大量的自组装复杂分子结构目录,它们之间从来没有规则分形。


而此次,研究团队发现柠檬酸合酶会自发组装成一种规则的分形图案,也就是谢尔宾斯基三角形。这是由更小的三角形组成的无限重复的三角形系列。蛋白质形成了这些美丽图形,随着分形增长,可在它们中间看到越来越大的三角形空隙。


研究人员表示,当蛋白质自组装时,该模式是高度对称的,但分形蛋白的组装违反了这一对称规则:不同的蛋白质链在分形的不同位置,产生了不同的相互作用。这是形成谢尔宾斯基三角形的基础。


事实上,像分子分形这种看起来非常复杂的东西在进化中很容易出现,这也表明更多的惊喜和美丽可能仍然隐藏在迄今尚未发现的许多分子组合中。

 
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