Genome-wide architecture of prolonged starvation adaptation in experimentally evolved Drosophila and comparative enrichment in human orthologs

कल्पना कीजिए कि एक प्रयोगशाला की रसोई में फलों की मक्खियों (fruit flies) का एक समूह रह रहा है। आमतौर पर, उनके पास प्रचुर मात्रा में भोजन होता है, लेकिन वैज्ञानिकों ने एक कठिन "सर्वाइवल ऑफ द फिटेस्ट" (योग्यतम की उत्तरजीविता) का खेल खेलने के लिए मक्खियों के एक विशिष्ट समूह के लिए भोजन की आपूर्ति बंद करने का निर्णय लिया। उन्होंने ऐसा मक्खियों के 60 पीढ़ियों तक किया, जिससे चार समूहों को लगभग कुछ भी न मिलने पर जीवित रहना पड़ा, जबकि अन्य चार समूहों (कंट्रोल ग्रुप) ने सामान्य रूप से खाना जारी रखा।

यहाँ क्या हुआ, इसे सरल उपमाओं के माध्यम से समझाया गया है:

द ग्रेट जेनेटिक शफल (आनुवंशिक फेरबदल)
मक्खियों के डीएनए (DNA) को एक मक्खी बनाने और चलाने के लिए विशाल निर्देश पुस्तिका (instruction manual) के रूप में सोचें। जब भोजन समाप्त हो गया, तो "भुखमरी वाले समूहों" को जीवित रहने के लिए अपनी निर्देश पुस्तिका के कुछ हिस्सों को फिर से लिखना पड़ा। वैज्ञानिकों ने उन पुनर्गठित पुस्तिकाओं का अध्ययन किया और पाया कि भूखी मक्खियों ने केवल छोटे बदलाव नहीं किए; बल्कि उन्होंने एक बड़े पैमाने पर, शहर-व्यापी नवीनीकरण (renovation) किया। उनके आनुवंशिक कोड के बड़े हिस्से एक-दूसरे के बहुत समान हो गए (कम विविधता), जो यह दर्शाता है कि प्रकृति ने एक विशिष्ट "ब्लूप्रिंट" चुना और भूख से बचने के लिए सभी को उसे कॉपी करने के लिए मजबूर किया।

"नीडल इन अ हेस्टैक" (भूसे के ढेर में सुई) की खोज
यह पता लगाने के लिए कि कौन से परिवर्तन सहायक थे और कौन से केवल यादृच्छिक दुर्घटनाएं थीं, वैज्ञानिकों ने एक विशेष गणितीय फिल्टर का उपयोग किया। कल्पना कीजिए कि रेत के ढेर में एक विशिष्ट सिक्के को खोजने की कोशिश की जा रही है। अधिकांश रेत यादृच्छिक रूप से (randomly) इधर-उधर होती है (जेनेटिक ड्रिफ्ट), लेकिन इस फिल्टर ने उन्हें उन विशिष्ट सिक्कों को पहचानने में मदद की जिन्हें इसलिए हटाया गया क्योंकि कोई उन्हें वहां चाहता था। उन्होंने डीएनए में 3,500 से अधिक विशिष्ट स्थानों को पाया जो संयोग से कहीं अधिक बदले थे। इसने साबित किया कि मक्खियां केवल भाग्यशाली नहीं थीं; वे सभी चार भूखी समूहों में एक ही तरह से सक्रिय रूप से अनुकूलित हो रही थीं।

पावर प्लांट अपग्रेड (ऊर्जा संयंत्र का उन्नयन)
सबसे महत्वपूर्ण परिवर्तन मक्खियों के "पावर प्लांट्स" में हुए। जीव विज्ञान में, इन्हें माइटोकॉन्ड्रिया (mitochondria) कहा जाता है—कोशिकाओं के भीतर के वे नन्हे इंजन जो भोजन को ऊर्जा में बदलते हैं। अध्ययन में पाया गया कि इन पावर प्लांट्स को बनाने और चलाने के लिए जिम्मेदार जीन सबसे बड़े बदलाव के लक्ष्य थे।

• न्यूक्लियर-मिटो कनेक्शन: यह ऐसा है जैसे मुख्य कारखाना (केंद्रक/nucleus) और पावर प्लांट (माइटोकॉन्ड्रिया) को अकाल के दौरान बेहतर ढंग से काम करने के लिए अपने संचार प्रणालियों को अपग्रेड करना पड़ा।
• रेप्लिकेशन स्विच: उन्होंने माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए में एक विशिष्ट "स्विच" भी पाया जो तेजी से बदला, जिससे पता चलता है कि मक्खियों ने ईंधन की कमी होने पर अपने इंजनों को अधिक कुशलता से चलाना सीख लिया।

मानवीय संबंध
यहाँ एक आश्चर्यजनक मोड़ है: वैज्ञानिकों ने इन मक्खी जीनों के मानव संस्करणों को देखा। उन्होंने पाया कि दुनिया भर में मानव आबादी में, जो जीन "भुखमरी-प्रतिरोधी" मक्खी जीनों से मेल खाते हैं, वे भी प्राकृतिक चयन द्वारा भारी रूप से आकार लेने के संकेत दिखाते हैं।

• TOR/S6K सिग्नल: इसे शरीर में "भूख के अलार्म" प्रणाली के रूप में समझें। मनुष्यों में, जो जीन इस अलार्म को नियंत्रित करते हैं, वे जनसंख्या के अंतर के "अत्यधिक छोरों" (extreme tails) में पाए जाते हैं। इसका मतलब है कि मक्खियों की तरह ही, विभिन्न मानव समूहों ने अपने पूर्वजों के लिए भोजन की उपलब्धता के जवाब में, भूख-नियंत्रण वाले इन जीनों के थोड़े अलग संस्करण विकसित किए हैं।

मुख्य निष्कर्ष (द बॉटम लाइन)
यह शोध पत्र बताता है कि जीवन भुखमरी के प्रति कैसे अनुकूलित होता है। यह दिखाता है कि जब भोजन की कमी होती है, तो विकास (evolution) केवल यादृच्छिक परिवर्तन नहीं करता; बल्कि यह एक अनुमानित पथ का अनुसरण करता है, जो मुख्य रूप से इस बात पर केंद्रित होता है कि कोशिकाएं ऊर्जा कैसे उत्पन्न करती हैं। इसके अलावा, प्रयोगशाला में भुखमरी से बचने के लिए मक्खियां जो रणनीतियां अपनाती हैं, वे उन आनुवंशिक रणनीतियों के बहुत समान हैं जिनका उपयोग मनुष्यों ने हमारे इतिहास में खाद्य संकट के दौरान किया है।