Integration of evolutionarily distinct motility systems enables tunable cell propulsion
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि शिकारी जीवाणु *Myxococcus xanthus* अपनी विकासवादी रूप से भिन्न ग्लाइडिंग और ट्विचिंग गति प्रणालियों को एक एकल, कैल्शियम-ट्यून करने योग्य प्रणोदन रणनीति में एकीकृत करता है जो समानुपाती और सहकारी बल उत्पादन के माध्यम से गति और स्थानिक अन्वेषण को बढ़ाता है।
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पृथ्वी पर जीवन के लिए गतिशीलता एक मौलिक उत्तरजीविता कौशल है। एक पत्ती पर रेंगते हुए एकल-कोशिका वाले बैक्टीरिया से लेकर मानव शरीर में संक्रमण का पीछा करने वाले श्वेत रक्त कोशिकाओं तक, हिलने-डुलने की क्षमता जीवों को भोजन खोजने, खतरे से बचने और अपने पड़ोसियों के साथ बातचीत करने की अनुमति देती है। जबकि कई जीव गति के एक ही तरीके पर निर्भर करते हैं, जैसे कि बैक्टीरिया की चाबुक जैसी पूंछ या एक पशु कोशिका का मांसपेशी संकुचन, प्रकृति अक्सर एक बैकअप योजना भी प्रदान करती है। कई जीवों के पास गति के लिए कई, अलग-अलग इंजन होते हैं, जिनमें से प्रत्येक अलग समय पर विकसित हुआ है और अलग-अलग हिस्सों से बना है। दशकों से, वैज्ञानिक यह जानना चाहते हैं कि एक एकल कोशिका इन विभिन्न इंजनों को कैसे प्रबंधित करती है। क्या वे एक का उपयोग करते समय दूसरे को आराम देकर आपस में स्विच करते हैं? या क्या वे किसी तरह तेजी से और अधिक कुशलता से चलने के लिए उन्हें जोड़ देते हैं? इन अलग-अलग प्रणालियों के एक साथ काम करने के तरीके को समझना यह प्रकट कर सकता है कि जीवन अपने पर्यावरण के अनुकूल होने के लिए कैसे एक छिपी हुई जटिलता का उपयोग करता है।
एक नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए 'मिक्सोकोकस ज़ैंथस' (Myxococcus xanthus) नामक एक शिकारी मिट्टी के बैक्टीरिया पर ध्यान केंद्रित किया। यह बैक्टीरिया सतह पर यात्रा करने में माहिर है, जो दो बहुत ही अलग मोटरों से लैस है। पहला, जिसे ए-मोटिलिटी (A-motility) के रूप में जाना जाता है, छोटे, चिपचिपे पैरों की एक श्रृंखला की तरह काम करता है जो जमीन को पकड़ते हैं और कोशिका को आगे खींचते हैं। दूसरा, जिसे एस-मोटिलिटी (S-motility) कहा जाता है, लंबे, बाल जैसे तंतुओं (पिली) का उपयोग करता है जो बाहर निकलते हैं, सतह को पकड़ते हैं, और फिर कोशिका को अंदर खींच लेते हैं, बिल्कुल एक मछली पकड़ने वाली रेखा की तरह। लंबे समय से, वैज्ञानिक मानते थे कि ये दोनों प्रणालियाँ अलग-थलग थीं: चिपचिपे-पैर वाले मोटर को एकाकी खोजकर्ताओं द्वारा उपयोग किया जाने वाला माना जाता था, जबकि मछली पकड़ने वाली रेखा वाले मोटर को कोशिकाओं के समूह में चलते समय आरक्षित रखा गया था। हालांकि, नया शोध इस पुराने दृष्टिकोण को चुनौती देता है, जो दिखाता है कि एक एकल बैक्टीरिया एक ही समय में दोनों इंजनों को चला सकता है।
इसे क्रिया में देखने के लिए, टीम ने सूक्ष्मदर्शी (माइक्रोस्कोप) के नीचे व्यक्तिगत बैक्टीरिया को चलते हुए देखने का एक उच्च-तकनीकी तरीका विकसित किया। उन्होंने चिपचिपे पैरों और मछली पकड़ने वाली रेखा वाले तंतुओं को रोशन करने के लिए विशेष फ्लोरोसेंट टैग का उपयोग किया, जिससे उन्हें सतह पर चलते बैक्टीरिया के दोनों तंत्रों को एक साथ ट्रैक करने की अनुमति मिली। उन्होंने जो पाया वह आश्चर्यजनक था। बारी-बारी से काम करने के बजाय, बैक्टीरिया अक्सर एक साथ दोनों मोटरों का उपयोग करते थे। जब वे ऐसा करते थे, तो कोशिकाएं केवल एक प्रणाली का उपयोग करने की तुलना में काफी तेजी से चलती थीं। वास्तव में, इन दोहरे-इंजन वाले बैक्टीरिया की गति दोनों अलग-अलग मोटरों के साधारण योग से अधिक थी, जो यह सुझाव देती है कि दोनों प्रणालियाँ एक साथ मिलकर काम कर रही थीं और उनकी शक्ति को बढ़ा रही थीं।
शोधकर्ताओं ने यह भी खोजा कि बैक्टीरिया इस दोहरे-इंजन सिस्टम को अपने पर्यावरण के आधार पर ट्यून (समायोजित) कर सकते हैं। कोशिकाओं के आसपास के पानी में कैल्शियम की मात्रा बदलकर, वे दोनों मोटरों के बीच संतुलन बदल सकते थे। कम कैल्शियम में, बैक्टीरिया मुख्य रूप से चिपचिपे-पैर वाले मोटर पर निर्भर करता था। जैसे-जैसे कैल्शियम का स्तर बढ़ता गया, मछली पकड़ने वाली रेखा वाला मोटर अधिक सक्रिय हो गया, और अंततः मुख्य चालक के रूप में कार्य करने लगा। एक मोड से दूसरे मोड में सुचारू रूप से संक्रमण करने, या उन्हें मिलाने की इस क्षमता ने बैक्टीरिया को जटिल भूभागों में नेविगेट करने के लिए एक बहुमुखी टूलकिट प्रदान किया।
सबसे अप्रत्याशित खोज शायद यह थी कि दोनों प्रणालियाँ तब भी एक-दूसरे की मदद कर सकती हैं जब उनमें से एक सीधे जमीन को नहीं छू रही होती है। शोधकर्ताओं ने एक उत्परिवर्ती (म्यूटेंट) बैक्टीरिया बनाया जिसमें चिपचिपे-पैर वाला मोटर तो काम कर रहा था लेकिन सतह से चिपकने की क्षमता नहीं थी। सतह से जुड़ने की क्षमता के बिना भी, यह म्यूटेंट उस बैक्टीरिया की तुलना में अधिक तेजी से चला जिसमें चिपचिपे-पैर वाला मोटर ही नहीं था। यह सुझाव देता है कि दूसरे मोटर की उपस्थिति, भले ही वह वर्तमान में जमीन पर नहीं खींच रहा हो, फिर भी मछली पकड़ने वाली रेखा वाले मोटर को अधिक कुशल बनाती है। यह ऐसा है जैसे दोनों इंजन आपस में जुड़े हुए हैं, जहाँ एक की गतिविधि दूसरे के प्रदर्शन को बढ़ा देती है, जिससे एक ऐसी सहक्रिया (सिनर्जी) पैदा होती है जो कोशिका को अकेले किसी भी प्रणाली की तुलना में अपने संसार को अधिक प्रभावी ढंग से तलाशने की अनुमति देती है।
यह अध्ययन प्रकट करता है कि मिक्सोकोकस ज़ैंथस केवल अलग-अलग तरीकों में से एक को चुनता नहीं है; बल्कि यह उन्हें एक एकल, लचीली रणनीति में एकीकृत करता है। दोनों मोटरों को एक साथ चलाकर और रासायनिक संकेतों के आधार पर उनके संतुलन को समायोजित करके, बैक्टीरिया एक ऐसे प्रदर्शन को प्राप्त करते हैं जो उनके हिस्सों के योग से कहीं अधिक है। यह खोज बैक्टीरिया की गति के बारे में हमारी समझ को बदल देती है, यह दिखाते हुए कि एकल कोशिकाएं भी अपने पर्यावरण की चुनौतियों को हल करने के लिए जटिल, बहु-इंजन प्रणालियों को कैसे समन्वित कर सकती हैं। यह सुझाव देता है कि विभिन्न विकासवादी उपकरणों को संयोजित करने की क्षमता जीवन के लिए एक सामान्य रणनीति हो सकती है, जो जीवों को बदलती दुनिया में अनुकूल होने और फलने-फूलने की अनुमति देती है।
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