Почему ваше сердце слева — раскрытие тайн биологической хиральности

Новое исследование плитки "сфинкс" — асимметричного шестигранного алмаза — выявило ее способность создавать сложные масштабируемые узоры, которые проливают свет на основные принципы хиральности в биологии, объясняя предпочтение определенных молекулярных и физиологических ориентаций.

Почему ваше сердце слева — раскрытие тайн биологической хиральности

Почему сердце у большинства людей немного смещено влево? Почему ДНК почти всегда закручивается в правую спираль? И почему альфа-спирали в белках тоже склоняются к правому повороту? Хиральность, или асимметрия, широко распространена в биологии, но причины этого явления часто остаются загадкой.

Биофизик Грег Хубер из Chan Zuckerberg Biohub в Сан-Франциско три года исследовал эти вопросы, используя простую, но малоизученную асимметричную форму — плитку сфинкса, которая располагается на треугольной решетке. Вместе с коллегами Крейгом Кнехтом, Уолтером Трампом и Робертом Зиффом он обнаружил неожиданные свойства, связанные с хиральностью этой формы. Их работа недавно была опубликована в журнале Physical Review Research.

Плитка сфинкса состоит из шести равносторонних треугольников, которые образуют шестиугольник с внутренней хиральностью: плитка может иметь либо левую, либо правую ориентацию. Интересно, что это единственный известный асимметричный шестиугольник, который можно масштабировать — сфинкс любого размера можно замостить более мелкими копиями самого себя. Например, сфинкс порядка 2 состоит из 4 таких плиток, порядка 3 — из 9, и так далее. Количество возможных раскладок мозаики быстро растет: если для сфинкса порядка 5 существует 153 варианта мозаики, то для порядка 13 — уже 10^30 (единица с 30 нулями).

Почему ваше сердце слева — раскрытие тайн биологической хиральности

Источник: Huber, et. al, Physical Review Research.

Плитка сфинкса одновременно асимметрична и «рептильна», что означает, что ее форма может быть составлена ​​из повторяющихся, меньших копий самой себя.

Эта асимметрия открывает множество возможностей для изучения хиральности. Например, если взять две плитки сфинкса и разместить их рядом, существует 46 различных способов составить пару. В отличие от этого, два квадрата можно соединить только одним способом.

Эти плитки можно располагать так, чтобы соседние сфинксы имели одинаковую ориентацию, создавая мозаики с низкой хиральной энергией, или наоборот — с высокой хиральной энергией, если ориентации будут разными.

Грег Хубер, возглавляющий группу теоретиков в San Francisco Biohub, подчеркивает, что это исследование — не просто абстрактный эксперимент. Он отмечает, что геометрия и хиральность имеют важные связи с биологией, которые часто упускаются из виду. Например, капсиды вирусов обладают геометрической симметрией, основанной на той же решетке.

Вселенная не обязана отдавать предпочтение одной стороне перед другой, но на разных уровнях масштаба возникают хиральные предпочтения. Хиральность может быть крайне загадочной, и удивительные хиральные взаимодействия плиток сфинкса вдохновили нас на это исследование.

Читайте также

Микропластик в чае: чайные пакетики не так безобидны, как можно подумать

Микропластик в чае: чайные пакетики не так безобидны, как можно подумать

Метеостанция с ИИ различает 12 видов облаков

Метеостанция с ИИ различает 12 видов облаков

Живые клетки грудного молока программируют здоровье младенца

Живые клетки грудного молока программируют здоровье младенца

Метод шифрования данных «назад во времени» основан на теории хаоса

Метод шифрования данных «назад во времени» основан на теории хаоса

Волгоградские ученые начали испытания капсул «Дипиарон» от диабета и ожирения

Волгоградские ученые начали испытания капсул «Дипиарон» от диабета и ожирения

Почему ржавеет нержавейка?

Почему ржавеет нержавейка?

«Быстро поднятое упавшим не считается»: почему это ненаучно?

«Быстро поднятое упавшим не считается»: почему это ненаучно?

Пентагон рассекретил сообщение о загадочном чёрном НЛО, летевшем со скоростью 2900 км/ч

Пентагон рассекретил сообщение о загадочном чёрном НЛО, летевшем со скоростью 2900 км/ч

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

В МИСИС усовершенствовали магнитные датчики для поиска микротрещин в зданиях

В МИСИС усовершенствовали магнитные датчики для поиска микротрещин в зданиях

Российские ученые создали вихревой очиститель воздуха с эффективностью почти 100%

Российские ученые создали вихревой очиститель воздуха с эффективностью почти 100%

Робот-насекомое отскакивает от стен и не боится мухобоек

Робот-насекомое отскакивает от стен и не боится мухобоек

В МАИ разрабатывают карту допустимых повреждений для лопаток авиадвигателей

В МАИ разрабатывают карту допустимых повреждений для лопаток авиадвигателей