Rapid isothermal amplification of diatom rbcL from eDNA and eRNA reveals their abundance and photosynthetic physiology
यह अध्ययन डायटम rbcL जीन को लक्षित करने वाले एक तीव्र, निम्न-तापमान समतापी (isothermal) qRPA परख को प्रस्तुत करता है जो पर्यावरणीय डीएनए और आरएनए से उनकी प्रचुरता और प्रकाश संश्लेषक गतिविधि को एक साथ मात्रात्मक रूप से मापता है, जो बायोमॉलिक्यूलर महासागरीय अवलोकन के लिए एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन उपकरण के रूप में इसकी प्रभावशीलता को प्रदर्शित करता है।
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महासागर एक विशाल, परिवर्तनशील परिदृश्य है जहाँ सूक्ष्म जीव सबसे बड़ी प्रणालियों को संचालित करते हैं। इनमें से, डायटम (diatoms) सूक्ष्म शैवाल हैं जो समुद्री खाद्य श्रृंखलाओं की नींव बनाते हैं, जो सूर्य के प्रकाश को पकड़ते हैं और इसे ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं जो सतह से लेकर गहराई तक जीवन को बनाए रखती है। दशकों से, वैज्ञानिक यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि किसी भी दिए गए क्षण में इनमें से कितने सूक्ष्म पौधे मौजूद हैं और वे कितनी सक्रियता से बढ़ रहे हैं। पारंपरिक तरीके हरे रंग के पिगमेंट को मापने के लिए अंतरिक्ष से समुद्र को देखने या सूक्ष्मदर्शी के नीचे कोशिकाओं को गिनने के लिए पानी के नमूने लेने पर निर्भर रहे हैं। हालांकि ये उपयोगी हैं, लेकिन इन दृष्टिकोणों में पानी में होने वाले तीव्र परिवर्तनों को देखने के लिए आवश्यक गति और विवरण की कमी होती है, जिससे इस बात की हमारी समझ में अंतराल रह जाता है कि ये महत्वपूर्ण जीव अपने पर्यावरण के प्रति कैसे प्रतिक्रिया देते हैं।
इस अंतराल को भरने के लिए, शोधकर्ताओं ने स्वयं पानी में तैरते आनुवंशिक पदार्थ की ओर रुख किया है। प्रत्येक जीव अपने डीएनए (DNA), जो जीवन का निर्देश मैनुअल है, और अपने आरएनए (RNA), जो उन निर्देशों की सक्रिय प्रति है जिसका उपयोग कोशिकाएं प्रोटीन बनाने और दैनिक कार्यों को करने के लिए करती हैं, के अंश छोड़ता है। इस पर्यावरणीय आनुवंशिक सामग्री का विश्लेषण करके, वैज्ञानिक न केवल यह पता लगा सकते हैं कि कौन उपस्थित है, बल्कि वे यह भी जान सकते हैं कि वे क्या कर रहे हैं। एक नया अध्ययन डायटम में पाए जाने वाले एक विशिष्ट जीन पर केंद्रित है जो प्रकाश संश्लेषण (photosynthesis) के लिए आवश्यक है, वह प्रक्रिया जिसके द्वारा वे प्रकाश को भोजन में बदलते हैं। शोधकर्ताओं ने इस जीन को तेजी से खोजने और गिनने का एक तरीका विकसित किया है, जिसके लिए आमतौर पर आवश्यक जटिल, उच्च-तापमान वाले उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती है।
टीम ने एक ऐसा परीक्षण बनाया जो एक स्थिर, कम तापमान पर काम करता है, जिससे यह पंद्रह मिनट से भी कम समय में परिणाम देने में सक्षम है। 'रिकॉम्बिनेज पॉलीमरेज़ एम्प्लीफिकेशन' (recombinase polymerase amplification) के रूप में जानी जाने वाली यह विधि एक आणविक फोटोकॉपीयर की तरह कार्य करती है जो पानी के एक छोटे से नमूने से एक विशिष्ट आनुवंशिक अनुक्रम की लाखों प्रतियां बना सकती है। शोधकर्ताओं ने यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह उन सभी को सटीक रूप से पहचान सके, इस उपकरण का परीक्षण विभिन्न प्रकार के डायटम पर किया। इसके बाद वे इसे नेपल्स की खाड़ी, इटली ले गए, जहाँ उन्होंने समय के साथ पानी के नमूने एकत्र किए और अपने नए आनुवंशिक मापों की तुलना कोशिकाओं की पारंपरिक गणना, महासागरीय रंग के उपग्रह चित्रों और कार्बन को डायटम द्वारा निश्चित रूप से अवशोषित करने की प्रत्यक्ष माप से की।
परिणामों ने दिखाया कि नया परीक्षण पानी में डायटम की संख्या को एक विशाल सीमा में ट्रैक कर सकता है, बहुत कम आबादी से लेकर घने ब्लूम (blooms) तक, जो सूक्ष्मदर्शी के नीचे देखी गई गणनाओं से मेल खाता है। हालांकि, आनुवंशिक डेटा ने अंतर्दृष्टि की एक गहरी परत प्रदान की। डीएनए, जो जीवों की कुल संख्या का प्रतिनिधित्व करता है, और आरएनए, जो उन जीवों द्वारा किए जा रहे सक्रिय कार्य का प्रतिनिधित्व करता है, को देखकर शोधकर्ता देख सके कि डायटम मौसम के साथ कैसे बदलते हैं। सर्दियों में, जब प्रकाश कम था और डायटम की संख्या कम थी, तो बची हुई कोशिकाओं में प्रकाश संश्लेषण जीन की अधिक प्रतियां और अधिक हरा पिगमेंट मौजूद था। यह सुझाव देता है कि डायटम अपनी आंतरिक मशीनरी को बढ़ाने के लिए काम कर रहे थे ताकि अधिक से अधिक प्रकाश को पकड़ा जा सके, भले ही उनकी कुल संख्या कम हो गई थी।
इसके अलावा, पानी में पाए जाने वाले सक्रिय आनुवंशिक पदार्थ, या आरएनए, की मात्रा सीधे उस दर से मेल खाती थी जिस पर डायटम कार्बन को निश्चित (fix) कर रहे थे। इस संबंध ने शोधकर्ताओं को डायटम के विशिष्ट समूहों की पहचान करने की अनुमति दी जो दूसरों की तुलना में अधिक मेहनत कर रहे थे, जिससे उनकी चयापचय गतिविधि (metabolic activity) के अंतर का पता चला जिसे मानक गणनाएं नहीं देख पातीं। यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि यह तीव्र, कम-तापमान वाला आनुवंशिक परीक्षण डायटम की प्रचुरता और शारीरिक अवस्था दोनों की निगरानी करने का एक विश्वसनीय तरीका है। यह समुद्री जीवन की निगरानी करने के लिए एक व्यावहारिक उपकरण प्रदान करता है, जो इन महत्वपूर्ण जीवों के कार्य करने और समुद्र की बदलती स्थितियों के अनुकूल होने का एक स्पष्ट चित्र प्रस्तुत करता है।
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