Redox heterogeneity as an engine of biodiversity: A quantitative murburn formalism for micro-oxic ecosystems

पृथ्वी पर जीवन संतुलन की एक कहानी है, विशेष रूप से उस हवा के संबंध में जिसे हम सांस के रूप में लेते हैं। अधिकांश जीवित चीजों के लिए, ऑक्सीजन वह ईंधन है जो विकास और गति को शक्ति प्रदान करता है, जबकि इसकी कमी अस्तित्व के लिए एक बाधा है। प्राकृतिक दुनिया में, वातावरण शायद ही कभी एक समान होता है; यह उन पैच से भरा होता है जहाँ ऑक्सीजन का स्तर ऊपर-नीचे होता रहता है, जिससे स्थितियों का एक मोज़ेक (विविध स्वरूप) बनता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से देखा है कि जीवन की सबसे अधिक विविधता अक्सर उन स्थानों में नहीं दिखाई देती जहाँ ऑक्सीजन प्रचुर मात्रा में हो या पूर्ण अंधकार हो, बल्कि उस अव्यवस्थित, बदलते हुए मध्य मार्ग में दिखाई देती है जहाँ ऑक्सीजन मौजूद तो है लेकिन कम है। ये वे क्षेत्र हैं जहाँ हवा पतली हो जाती है, जैसे नदी के किनारों की कीचड़ वाली सतह, मानव आंत के भीतर की चिपचिपी परतें, या समुद्र के गहरे पानी जहाँ ऑक्सीजन कम होती है। वह प्रश्न जिसने दशकों से पारिस्थितिकीविदों को उलझाए रखा है, वह यह है कि क्यों ये कठिन, उतार-चढ़ाव वाली स्थितियाँ इतनी विभिन्न प्रजातियों के लिए नर्सरी (पालन-पोषण का केंद्र) के रूप में कार्य करती हैं, जिससे उन्हें एक साथ रहने की अनुमति मिलती है जब अन्यथा वे एक ही संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा कर सकते थे।

एक नया अध्ययन इस घटना को समझने का एक नया तरीका प्रस्तावित करता है, जो यह सुझाव देता है कि कुंजी न केवल इस बात में नहीं है कि जीव ऑक्सीजन का उपयोग कैसे करते हैं, बल्कि इस बात में भी है कि ऑक्सीजन स्वयं कैसे व्यवहार करती है जब वह कम होती है। शोधकर्ता, 'मर्बर्न फॉर्मलिज्म' (murburn formalism) नामक एक अवधारणा का सहारा लेते हुए, तर्क देते हैं कि ऑक्सीजन केवल कोशिकाओं को पोषण देने से कहीं अधिक करती है। जब ऑक्सीजन का स्तर कम और अस्थिर होता है, तो अणु इस तरह से टूट जाता है जो छोटे, अत्यधिक प्रतिक्रियाशील कणों का एक निरंतर, बदलता हुआ क्षेत्र बनाता है। ये कण, जिन्हें लेखक 'डिफ्यूसिबल रिएक्टिव स्पीशीज' (diffusible reactive species) कहते हैं, अदृश्य संदेशवाहकों की तरह कार्य करते हैं जो क्षण-क्षण में रासायनिक वातावरण को बदलते रहते हैं। एक स्थिर परिदृश्य के बजाय जहाँ प्रत्येक जीव एक निश्चित स्थान के लिए लड़ता है, ये प्रतिक्रियाशील कण एक गतिशील, निरंतर परिवर्तनशील भूभाग बनाते हैं। अध्ययन बताता है कि यह निरंतर रासायनिक बदलाव किसी एक प्रजाति को हावी होने से रोकता है, जिससे पारिस्थितिकी तंत्र को एक ऐसी स्थिति में रहने के लिए मजबूर किया जाता है जो निरंतर परिवर्तनशील है, जिससे कई प्रकार के जीवन एक साथ रह पाते हैं।

इस विचार का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक कंप्यूटर मॉडल बनाया जो मिट्टी, समुद्री तलछट और आंत की परत जैसे वातावरणों में ऑक्सीजन और इन प्रतिक्रियाशील कणों के स्थान और समय के माध्यम से संचलन का अनुकरण (सिमुलेशन) करता है। उन्होंने किसी एक स्थान का अनुमान लगाने या अवलोकन करने पर भरोसा नहीं किया; इसके बजाय, उन्होंने एक आभासी दुनिया बनाई जो रसायनों के प्रसार (डिफ्यूजन) और उनकी प्रतिक्रिया के नियमों द्वारा संचालित थी। इस सिमुलेशन में, उन्होंने देखा कि क्या होता है जब ऑक्सीजन के स्तर को अलग-अलग मात्रा पर सेट किया जाता है। परिणामों ने दिखाया कि जब ऑक्सीजन या तो बहुत अधिक थी या बहुत कम, तो रासायनिक वातावरण बहुत स्थिर या बहुत कठोर हो गया जिससे विविधता पनप नहीं सकी। हालांकि, मध्यम स्तरों पर, जहाँ ऑक्सीजन मौजूद थी लेकिन उतार-चढ़ाव वाली थी, मॉडल ने विभिन्न जीवन रूपों का एक समृद्ध ताना-बाना प्रस्तुत किया। सिमुलेशन ने प्रदर्शित किया कि इन प्रतिक्रियाशील कणों का निरंतर निर्माण और संचलन स्वाभाविक रूप से एक ऐसा परिदृश्य उत्पन्न करता जहाँ कोई भी एकल जीव प्रभुत्व नहीं जमा सकता था। यह तब हुआ जब शोधकर्ताओं को जीवों के लिए संसाधनों को विभाजित करने या अलग-अलग निकेत (niches) खोजने के लिए कोई विशेष नियम प्रोग्राम करने की आवश्यकता नहीं पड़ी। विविधता स्वतः ही रसायन विज्ञान से उत्पन्न हुई।

अध्ययन ने यह भी देखा कि बड़े जानवर इस प्रक्रिया को कैसे प्रभावित करते हैं। सिमुलेशन में, बड़े जलीय जीवों की गति को पानी और मिट्टी को हिलाने वाला पाया गया, जिसने बदले में ऑक्सीजन और प्रतिक्रियाशील कणों के प्रवाह को नया आकार दिया। इस भौतिक मिश्रण ने रासायनिक प्रवणता (ग्रेडिएंट्स) की एक जटिल, बड़े पैमाने की संरचना बनाई जिसने जीवन की एक विस्तृत श्रृंखला को और अधिक समर्थन दिया। लेखक सुझाव देते हैं कि ये बड़े जीव अप्रत्यक्ष रूप से जैव विविधता के इंजीनियर के रूप में कार्य करते हैं, न कि केवल खाने या घूमने के माध्यम से, बल्कि उन रासायनिक स्थितियों को लगातार पुनर्गठित करके जिन पर छोटे जीव निर्भर करते हैं। निष्कर्ष बताते हैं कि विभिन्न रासायनिक अवस्थाओं के बीच की सीमाएँ केवल बाधाएँ नहीं हैं, बल्कि सक्रिय क्षेत्र हैं जहाँ जीवन लगातार अनुकूलन कर रहा है और बदल रहा है।

यह कार्य इस पारंपरिक दृष्टिकोण को चुनौती देता है कि जैव विविधता मुख्य रूप से जीवों द्वारा आपस में लड़ने से बचने के लिए संसाधनों का अलग-अलग उपयोग करने से प्रेरित होती है। इसके बजाय, यह पर्यावरण को ही विविधता के इंजन के रूप में इंगित करता है। शोध पत्र तर्क देता है कि कम-ऑक्सीजन वाले क्षेत्रों की अस्थिरता, जो ऑक्सीजन-व्युत्पन्न कणों के अप्रत्याशित व्यवहार से संचालित होती है, एक ऐसा गतिशील लक्ष्य बनाती है जो पारिस्थितिकी तंत्र को गतिशील रखता है। हालाँकि अध्ययन प्रत्यक्ष क्षेत्र मापन के बजाय कंप्यूटर सिमुलेशन पर निर्भर है, फिर भी मॉडल वास्तविक दुनिया के उन अवलोकनों के अनुरूप है जहाँ जीवन सबसे प्रचुर मात्रा में है। शोधकर्ता प्रस्तावित करते हैं कि ये उतार-चढ़ाव वाले रेडॉक्स इंटरफेस (redox interfaces), जहाँ रासायनिक स्थितियाँ निरंतर गति में होती हैं, विकासवादी परिवर्तन और जटिल समुदायों के रखरखाव के हॉटस्पॉट के रूप में कार्य करते हैं। ऑक्सीजन को केवल भोजन के रूप में नहीं बल्कि रासायनिक अराजकता के जनरेटर के रूप में देखकर, यह नया दृष्टिकोण एक मात्रात्मक स्पष्टीकरण प्रदान करता है कि क्यों सबसे जीवंत और विविध पारिस्थितिकी तंत्र अक्सर हमारी दुनिया के शांत, ऑक्सीजन-रहित कोनों में पाए जाते हैं।