O μικρότερος κόμπος του κόσμου αποτελείται από 54 άτομα

Ένα μικρό ατύχημα σε εργαστήριο Χημείας οδήγησε στη δημιουργία του μικρότερου κόμπου του κόσμου, ορατού μόνο σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Είναι όχι μόνο ο μικρότερος αλλά και ο σφιχτότερος όλων των εποχών, και όπως φαίνεται μπορεί να διεκδικήσει θεση στα Ρεκόρ Guinness.

Ο κόμπος που παρουσιάζεται στο περιοδικό Nature Communications είναι ουσιαστικά μια δεμένη μοριακή αλυσίδα αποτελούμενη από μόλις 54 άτομα.

Είναι ένας «τριφυλλοειδής» κόμβος, ο οποίος είναι ο απλούστερος μη τετριμμένος κόμπος και έχει θεμελιώδη σημασία στη Θεωρία των Κόμβων στα Μαθηματικά.

Ο κόμβος αυτός δεν έχει ελεύθερα άκρα, κάτι που σημαίνει ότι δεν λύνεται. Είναι, κατά κάποιο τρόπο, ένας άλυτος «γόρδιος δεσμός».

Ο τριφυλλοειδής κόμπος σχηματίζεται ενώνοντας τις δύο άκρες ενός σχοινιού που έχει τυλιχτεί τρεις φορές γύρω από τον εαυτό του (Wikimedia Commons)

Το προηγούμενο ρεκόρ μεγέθους ανήκε σε κινέζους ερευνητές που παρουσίασαν το 2020 έναν τριφυλλοειδή κόμπο από 69 άτομα, ο οποίος όμως δεν έχει μπει στα Guinness.

Το ρεκόρ που έχει αναγνωριστεί  επίσημα είναι αυτό του σφιχτότερου κόμπου, το οποίο κέρδισε το 2017 διεθνής ομάδα ερευνητών.

Πώς όμως μετρά κανείς πόσο σφιχτός είναι ένας κόμπος; Οι μαθηματικοί χρησιμοποιούν ένα μέτρο που ονομάζεται BCR (Backbone Crossing Ratio) και εκφράζει τον αριθμό των διασταυρώσεων της αλυσίδας σε σχέση με τον συνολικό αριθμό ατόμων. Όσο μικρότερο το BCR, τόσο σφιχτότερος ο κόμπος.

Το σκορ του νέου κόμπου υπολογίστηκε στο 18, πολύ χαμηλότερα από το προηγούμενο ρεκόρ του 20. Συγκριτικά, οι περισσότεροι κόμποι από οργανικά μόρια είναι πολύ χαλαροί, με BCR που κυμαίνεται μεταξύ 27 και 33.

Τυχαία ανακάλυψη

Οι ερευνητές της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και του Πανεπιστημίου του Οντάριο στον Καναδά αρχικά δεν σκόπευαν να ασχοληθούν με κόμπους.

Προσπαθούσαν να συνθέσουν νέα μεταλλοαλκετυλίδια, οργανικές ενώσεις που περιέχουν μέταλλα και είναι χρήσιμες στη μελέτη οργανικών χημικών αντιδράσεων.

Διάγραμμα της δομής του κόμπου (Li et al., Nature Communications, 2024)

Για άγνωστο λόγο, μια χημική αντίδραση εξελίχθηκε με μη αναμενόμενο τρόπο και οδήγησε στον σχηματισμό μιας μοριακής αλυσίδας που τυλίχτηκε αυθόρμητα γύρω από τον εαυτό της σε κόμπο.

H αλυσίδα περιέχει άνθρακα, χρυσό, υδρογόνο και φωσφόρο και έχει χημικό τύπο [Au6{1,2-C6H4(OCH2CC)2} 3{Ph2P(CH2)4PPh2}3].

Το πώς ακριβώς σχηματίστκε παραμένει ασαφές. «Είναι ένα αρκετά περίπλοκο σύστημα και, για να είμαστε ειλικρινείς, δεν γνωρίζουμε πώς συνέβη» παραδέχτηκε μιλώντας στο περιοδικό New Scientist ο Ρίτσαρντ Πούντεπατ του Πανεπιστημίου του Οντάριο, τελευταίος συγγραφέας της δημοσίευσης.

Επισήμανε ωστόσο ότι η δημιουργία τέτοιων κόμπων δεν είνα απλά ένα χημικό τρικ: τέτοιοι μικροσκοπικοί κόμποι εμφανίζονται και στη φύση, για παράδειγμα στα μόρια του DNA και του RNA και τα μόρια πρωτεϊνών.

Δημιουργώντας νέους κόμπους στο εργαστήριο, οι ερευνητές μπορεί να μάθουν περισσότερα για το πώς και το γιατί εμφανίζονται μοριακοί κόμποι στη φύση.

Θα μπορούσαν επίσης να δημιουργήσουν νέα πλαστικά ή άλλα πολυμερή υλικά.