Dos braços espirais das galáxias aos cristais de neve microscópicos, a natureza parece organizar-se em padrões semelhantes a fractais, repetidos em incrementos cada vez menores. Por mais que se reduza a escala, certas partes do padrão continuam a recordar o conjunto inteiro.
As moléculas pareciam ser uma exceção, pois até agora não era conhecido que exibissem auto-semelhança em escalas variáveis. Isso mudou.
Investigadores da Alemanha, da Suécia e do Reino Unido identificaram uma enzima produzida por um organismo unicelular capaz de se organizar num fractal - e não num fractal qualquer, mas num padrão triangular repetitivo chamado triângulo de Sierpiński.
A enzima é uma variante da citrato sintase produzida pela cianobactéria Synechococcus elongatus. A sua evolução a partir de precursores não fractais indica que estes padrões moleculares podem surgir com uma rapidez surpreendente.
"Descobrimos esta estrutura inteiramente por acaso e quase não acreditámos no que estávamos a ver quando obtivemos as primeiras imagens com um microscópio eletrónico", afirma a bioquímica Franziska Sendker, do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre, na Alemanha.
"A proteína forma estes belos triângulos e, à medida que o fractal cresce, observamos no seu centro vazios triangulares cada vez maiores, algo totalmente diferente de qualquer agregação proteica que tenhamos visto antes."
Como a citrato sintase forma um fractal
Os investigadores descobriram que há um motivo para isso. Recorrendo à microscopia eletrónica, estudaram a estrutura da molécula ao nível atómico e analisaram como as cadeias proteicas se ligam entre si.
A maioria das moléculas apresenta uma estrutura muito simétrica: cada cadeia proteica adopta a mesma configuração e mantém a mesma relação com as cadeias proteicas circundantes. Esta estrutura particular de citrato sintase, porém, foge à regra: as cadeias proteicas unem-se de formas ligeiramente distintas consoante a sua posição na molécula.
O resultado é a disposição de Sierpiński. Curiosamente, o estudo da equipa concluiu que esta parece ser um acidente completo, sem qualquer função. Quando os cientistas manipularam geneticamente S. elongatus para produzir citrato sintase não fractal, não se verificou diferença alguma na bactéria.
"A auto-organização é frequentemente utilizada pela evolução para regular enzimas, mas, neste caso, a cianobactéria onde esta enzima se encontra não parece preocupar-se muito com o facto de a sua citrato sintase conseguir ou não organizar-se num fractal", diz o biólogo evolucionista Georg Hochberg, do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre.
"Isto levou-nos a questionar se poderia tratar-se apenas de um acidente inofensivo da evolução. Esses acidentes podem acontecer quando a estrutura em causa não é demasiado difícil de construir."
A evolução rápida dos fractais moleculares
Ao que tudo indica, atingir um padrão fractal não é particularmente difícil para uma molécula. Os investigadores exploraram a história evolutiva através da reconstrução de sequências ancestrais, para determinar os precursores da molécula de citrato sintase na sua forma atual e as substituições de aminoácidos que poderão ter alterado a sua estrutura ao longo do tempo.
Descobriram que basta um número muito reduzido de mutações para modificar a forma da molécula, e isso pode acontecer com uma rapidez impressionante. Contudo, o que surge facilmente também pode desaparecer depressa. De facto, o trabalho da equipa sugere que moléculas fractais apareceram e desapareceram repetidamente, no passado, em diferentes espécies de cianobactérias.
Se uma estrutura fractal não for biologicamente útil, o organismo não tem motivo para a conservar e ela acaba por desaparecer. No caso de S. elongatus, é possível que a molécula de Sierpiński seja apenas temporária. Ou poderá existir, na natureza, alguma vantagem que não tenha sido observada em laboratório.
"Suspeitamos que as transições evolutivas na auto-organização possam ser mais comuns do que as bases de dados estruturais fazem parecer", escrevem os investigadores no artigo.
"Talvez apenas uma pequena fração se torne importante para os seus organismos e persista. Muitas outras desaparecerão tão depressa quanto surgiram. Por isso, só podemos perguntar-nos quantas agregações únicas evoluíram ao longo das eras e nunca chegaram ao presente para que as pudéssemos observar."
As conclusões foram publicadas na Nature.
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