"No creíamos lo que vimos bajo el microscopio": así es el primer fractal molecular de la naturaleza
Un equipo de científicos descubrió que una encima de una cianobacteria toma la forma del fractal del ‘Triángulo de Sierpinski’.
Un fractal de espiral simulado por computadora.PASIEKA/GETTY IMAGES
Una enzima microbiana hallada por científicos es el primer fractal molecular regular descubierto en la naturaleza. El Instituto Max Planck (IMP) y la Universidad de Philipps, en Marburg, Alemania, presentaron la molécula proteínica que sigue “un patrón matemático de autosimilitud”, como los fractales. Se trata de una estructura biológica que preserva su forma triangular a medida en que construye composiciones de mayor tamaño.
Los fractales son estructuras cuyas partes son semejantes al todo. Por eso se dice que son autosemejantes. Sin importar la escala de observación del fractal (si se acerca o se aleja de ella), su forma y distribución es igual.
Zoom en el fractal de MandelbrotWIKIMEDIA COMMONS
Las estructuras similares a fractales existen en la naturaleza y se encuentran en diferentes magnitudes. Los cúmulos de galaxias siguen una forma fractal así como las espirales de la Vía Láctea, las nubes del planeta Tierra, el caudal de los ríos y los árboles. La intuición permite imaginar que lo mismo debía ocurrir con objetos moleculares naturales aunque nadie había podido demostrarlo.
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La enzima que repite su forma
El descubrimiento de los investigadores del IMP y de la U. Philipps representa un hito en el estudio de las estructuras matemáticas presentes en la biología. Una enzima microbiana (más precisamente, la citrato sintasa de la Synechococcus elongatus, una cianobacteria, los organismos más pequeños que pueden ejecutar la fotosíntesis) se agrupa de manera natural como el ‘Triángulo de Sierpinski’. Esta figura es reconocida como la estructura de tres vértices conformada por triángulos infinitos.
Triángulo de Sierpinski OLEKSANDR HODOMYCH
Hay otras moléculas que parecen fractales, pero estas suelen perder su forma mientras incrementan su escala. La enzima de la cianobacteria es la primera identificada que se agrupa de forma regular, sin suavizarse a medida que crece. Los encargados del estudio admiten que el hallazgo ocurrió de manera fortuita.
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“Nos topamos con esta estructura por pura casualidad y casi no podíamos creer lo que vimos cuando tomamos imágenes por primera vez con un microscopio electrónico. 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", explicó Franziska Sendker, autora principal del estudio.
Un fractal creado por la propia asimetría
Los investigadores pudieron replicar el descubrimiento en el laboratorio utilizando un método estadístico para calcular la secuencia de las proteínas en el fractal molecular. La disposición de los triángulos surgió repentinamente gracias a un pequeño número de mutaciones. Paradójicamente, el fractal se logró gracias a la asimetría del ensamblaje. Normalmente, las proteínas se autoensamblan en la misma disposición que sus vecinas, lo que hace que el fractal desaparezca a grandes escalas. “Diferentes cadenas de proteínas realizaron interacciones ligeramente diferentes en diferentes posiciones. Esto fue la base para formar el triángulo de Sierpinski, con sus vacíos internos”, concluye el blog del IMP.
Para los científicos, el patrón matemático de autosimilitud no parece tener ventajas o defectos visibles en el desarrollo de las cianobacterias. Estas parecen comportarse de la misma manera independientemente de si sus enzimas son fractales o no. Por ahora, la mejor aproximación de los científicos a una respuesta es que el fractal es probablemente un mero accidente biológico que puede replicarse porque es "fácil" llegar a ese resultado.
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