Forging an evolutionary individual from separate replicators
यीस्ट में प्रयोगात्मक विकास के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि सामूहिक-स्तर का चयन अलग-अलग प्रतिकृति बनाने वाले तत्वों (रेप्लिकेटर्स) को स्थिर काइमेरिक प्लास्मिड में पुनर्संयोजित होने के लिए मजबूर करके एक नए विकासात्मक व्यक्तिगत इकाई के उद्भव को प्रेरित कर सकता है, जिससे वंशानुक्रम को चयन के एक पूर्व शर्त के बजाय एक व्युत्पन्न परिणाम के रूप में स्थापित किया जा सके।
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स्वतंत्र प्रतिकृति कर्ताओं का महान पलायन (The Great Escape of the Independent Replicators)
एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ जीवन के बुनियादी निर्माण खंड—जीन, वायरस, या यहाँ तक कि छोटे डिजिटल कोड—लगातार इस बात के लिए लड़ रहे हैं कि केवल वे ही जीवित बचें। विकास (evolution) की भव्य कहानी में, एक दिलचस्प पहेली है जिसे "व्यक्तिगतता में प्रमुख संक्रमण" (Major Transition in Individuality) कहा जाता है। यह वह क्षण है जब कई अलग-अलग, स्वार्थी छोटी चीजें मिलकर प्रतिस्पर्धा करना बंद कर देती हैं और एक एकल, एकीकृत टीम के रूप में काम करना शुरू कर देती हैं। इसे ऐसे समझें जैसे संगीतकारों का एक समूह जो अचानक अपने स्वयं के धुन बजाना बंद कर देता है और एक बैंड के रूप में एक साथ मिलकर संगीत (jamming) बजाना शुरू कर देता है। लेकिन यहाँ एक पेच है: एक बैंड को वास्तविक बैंड होने के लिए, उसे अपने अनूठे संगीत को संगीतकारों की अगली पीढ़ी तक पहुँचाने में सक्षम होना चाहिए। यदि बैंड हर बार नया गाना सिखाने की कोशिश करने पर टूट जाता है, तो वे वास्तव में एक बैंड नहीं हैं; वे केवल एक यादृच्छिक भीड़ हैं।
वैज्ञानिक लंबे समय से सोच रहे हैं: यह कैसे होता है? क्या टीम को शुरुआत से ही पूरी तरह से संगठित होना पड़ता है, या क्या संगठन इसलिए विकसित हो सकता है क्योंकि टीम को जीतने के लिए चुना जा रहा है? यह शोध पत्र यीस्ट कोशिकाओं (yeast cells) और चमकते हुए प्लास्मिड (प्लाज्मिड - डीएनए के छोटे छल्ले जो अतिरिक्त गुणसूत्रों की तरह कार्य करते हैं) के एक चतुर सेटअप का उपयोग करके इस प्रश्न में गहराई से उतरता है। मुख्य विचार यह है कि यदि आप एक समूह को एक साथ जीवित रहने के लिए मजबूर करते हैं, तो वे अंततः स्थायी रूप से एक साथ चिपके रहने का तरीका खोज सकते हैं, जिससे एक अव्यवस्थित भीड़ एक स्थिर, वंशानुगत परिवार में बदल जाती है। यह कुछ ऐसा है जैसे पूछना कि क्या एक लाइफबोट साझा करने के लिए मजबूर किए गए अजनबियों का समूह अंततः खुद को एक साथ बांधने का तरीका विकसित कर लेगा ताकि वे फिर कभी अलग न हो सकें।
प्रयोग: चमकता हुआ यीस्ट और पीला सपना
शोधकर्ताओं ने बडिंग यीस्ट कोशिकाओं का उपयोग करके एक पेट्री डिश में एक मनोरंजक प्रयोग स्थापित किया। उन्होंने इन कोशिकाओं को दो विशेष "बैकपैक" (प्लास्मिड) दिए: एक जो लाल चमकता था और दूसरा जो हरा चमकता था। अपने आप में, ये बैकपैक स्वार्थी थे। यदि किसी यीस्ट कोशिका के पास दोनों होते, तो वह पीला दिखता (क्योंकि लाल + हरा = पीला)। लेकिन बैकपैक आपस में मेल नहीं खाते थे; वे कोशिका विभाजित होने पर एकमात्र उत्तराधिकारी बनने के लिए प्रतिस्पर्धा करते थे।
शुरुआत में, वैज्ञानिकों ने किसी भी चमकने वाली कोशिका (लाल, हरी, या पीली) को चुनकर पीले यीस्ट को जीवित रखने की कोशिश की। परिणाम? आपदा। लाल बैकपैक दबंग थे; उन्होंने हरे बैकपैक को बाहर धकेल दिया। पीले सेल (जिन्हें दोनों की आवश्यकता थी) लगभग तुरंत गायब हो गए क्योंकि लाल और हरे बैकपैक इस बात पर सहमत नहीं हो सके कि कोशिका को कैसे साझा किया जाए। एक साथ रहने के किसी विशिष्ट कारण के बिना, टीम बिखर गई।
फिर, वैज्ञानिकों ने नियम बदल दिए। किसी भी चमकने वाली कोशिका को चुनने के बजाय, उन्होंने केवल पीले सेल्स को चुनने के लिए एक लेजर सॉर्टर का उपयोग किया। उन्होंने जीवित रहने के लिए यीस्ट को पीला होने के लिए मजबूर किया। शुरुआत में, यह एक इत्तेफाक था। पीले सेल केवल भाग्यशाली दुर्घटनाएँ थीं जहाँ एक लाल और एक हरा बैकपैक एक ही कोशिका में पहुँच गए थे। जब ये भाग्यशाली पीले सेल विभाजित होते, तो बैकपैक आमतौर पर फिर से अलग हो जाते, और संतान लाल या हरी हो जाती। "पीला" गुण वंशानुगत नहीं था; यह एक बार का जादू था।
लेकिन वैज्ञानिकों ने चक्रों के चक्र तक, 70 चक्रों (लगभग 70 पीढ़ियों) तक पीले सेल्स को चुनना जारी रखा। धीरे-धीरे, कुछ अद्भुत हुआ। पीले सेल्स पीले ही रहने लगे। अंत तक, एक पीला जनक (parent) विश्वसनीय रूप से पीले बच्चे पैदा करने लगा। अराजकता ने व्यवस्था का रूप ले लिया था। अलग-अलग लाल और हरे प्रतिकृति कर्ताओं (replicators) ने लड़ना बंद कर दिया और एक एकल इकाई की तरह कार्य करना शुरू कर दिया।
गुप्त हथियार: संलयन और साइलेंसिंग (Fusing and Silencing)
उन्होंने यह कैसे किया? वैज्ञानिकों ने डीएनए का बारीकी से अध्ययन किया और रहस्य खोज निकाला। यीस्ट कोशिकाओं के पास एक तीसरा, मूल बैकपैक भी था जिसे 2µ प्लास्मिड कहा जाता है। इस छोटे से साथी के पास Flp1 नामक एक उपकरण था, जो आणविक कैंची की तरह कार्य करता था। Flp1 कैंची किसी भी जुड़े हुए डीएनए को काट और अलग कर देती, जिससे लाल, हरा और 2µ प्लास्मिड तीन अलग-अलग, प्रतिस्पर्धी संस्थाओं के रूप में बने रहते।
जीतने वाली पीली लाइनों में, दो चीजें हुईं:
- संलयन (The Fusion): लाल, हरा और 2µ प्लास्मिड गलती से एक साथ जुड़कर एक विशाल, तीन गुना आकार के डीएनए रिंग (काइमेरा) में विलीन हो गए। इसका मतलब था कि वे शारीरिक रूप से एक साथ जुड़ गए थे; वे कोशिका विभाजन के दौरान अलग नहीं हो सकते थे।
- साइलेंसिंग (The Silence): महत्वपूर्ण रूप से, इस नए विशाल रिंग के 2µ हिस्से में एक टूटा हुआ "कैंची" वाला उपकरण था। एक उत्परिवर्तन (mutation) ने Flp1 जीन को अक्षम कर दिया था। क्योंकि कैंची टूटी हुई थी, इसलिए विशाल रिंग को अलग नहीं किया जा सका। यह एक जगह लॉक हो गया था।
शोधकर्ताओं ने एक "रिवर्ट" टेस्ट करके इसे सिद्ध किया। उन्होंने जुड़े हुए, लॉक किए गए रिंग को लिया और टूटी हुई कैंची को ठीक कर दिया (Flp1 को बहाल किया)। तुरंत, सिस्टम फिर से बिखर गया, और पीला गुण लुप्त हो गया। इसके विपरीत, जब उन्होंने टूटी हुई कैंची को एक नई कोशिका में डाला, तो पीला गुण स्थिर रहा। पेपर दिखाता है कि "अनलॉकिंग" (पुनर्संयोजन/recombination) को रोकने के लिए "लॉक" (उत्परिवर्तन) आवश्यक था।
बड़ी तस्वीर: वंशागति एक उपोत्पाद के रूप में (Heredity as a Byproduct)
यह अध्ययन बताता है कि एक नए प्रकार के व्यक्ति को बनाने के लिए आपको एक आदर्श योजना की आवश्यकता नहीं है। आपको बस दबाव डालने की आवश्यकता है। एक सामूहिक गुण (पीला रंग) के लिए बार-बार चयन करके, सिस्टम को उस गुण को टिकाऊ बनाने का तरीका खोजने के लिए मजबूर किया गया। "वंशागति"—गुण को आगे बढ़ाने की क्षमता—शुरुआत में मौजूद नहीं थी। यह चयन के परिणाम के रूप रूप में उभरकर आई।
यह पेपर इस विचार को खारिज करता है कि यीस्ट कोशिकाएं बस "स्मार्ट" हो गईं या प्लास्मिडों ने सहयोग करना सीख लिया। इसके बजाय, यह दिखाता है कि यादृच्छिक उत्परिवर्तन (जैसे टूटी हुई कैंची) और भौतिक संलयन ने मिलकर एक ऐसी स्थिति पैदा की जहाँ स्वार्थी हिस्सों को एक भाग्य साझा करने के लिए मजबूर किया गया। लाल और हरे प्लास्मिडों ने दोस्त बनने का निर्णय नहीं लिया; वे एक साथ वेल्ड (welded) कर दिए गए थे, और गोंद टूटी हुई कैंची थी।
अंत में, वैज्ञानिकों ने अलग-अलग हिस्सों से एक नया विकासवादी व्यक्तिगत रूप गढ़ा। उन्होंने दिखाया कि जब आप एक समूह के गुण के लिए चयन करते हैं, तो समूह खुद को निष्ठापूर्वक पुनरुत्पादित करने के लिए मशीनरी विकसित कर सकता है। यह एक जीवंत प्रदर्शन है कि जटिल जीवन में दिखने वाली "टीमवर्क" केवल एक शुरुआती स्थिति नहीं है, बल्कि अस्तित्व के निरंतर दबाव के माध्यम से प्राप्त एक कठिन जीत है।
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