A germline-specific reporter reveals conserved primordial germ cell developmental dynamics between jawless and jawed fish species

प्रत्येक जीवित जीव अपने शरीर के भीतर एक गुप्त वंशावली लेकर चलता है, जीवन की शुरुआत में ही अलग रखी गई कोशिकाओं का एक छोटा सा समूह जो अगली पीढ़ी बनने के लिए निर्धारित होता है। ये 'प्राइमोर्डियल जर्म सेल्स' (आद्य जनन कोशिकाएं) हैं, जो शुक्राणु और अंडों के जैविक पूर्वज हैं। जबकि एक जानवर के शरीर का बाकी हिस्सा उन कोशिकाओं से बनता है जो त्वचा, मांसपेशियों या हड्डी बनाने के लिए विभाजित और विशिष्ट होती हैं, ये जर्म कोशिकाएं विशिष्ट रहती हैं, जिनका एकमात्र काम आनुवंशिक जानकारी को आगे पहुँचाना है। दशकों से, वैज्ञानिकों ने चूहों और जेब्राफिश जैसे जानवरों में इन कोशिकाओं के बनने और उनके घूमने के तरीके का अध्ययन किया है, जिससे जबड़े वाले कशेरुकियों (वर्टीब्रेट्स) में प्रजनन को नियंत्रित करने वाले नियमों का पता चला है। हालाँकि, हमारे ज्ञान में एक बड़ा अंतराल बना हुआ था: हम जानते थे कि इन प्राचीन जीवों में ये कोशिकाएं कैसे काम करती हैं, इसके बारे में हमें बहुत कम जानकारी थी। इन प्राचीन जीवों में इन कोशिकाओं को स्पष्ट रूप से देखने की क्षमता के बिना, शोधकर्ता यह निर्धारित नहीं कर सकते थे कि प्रजनन के नियम बहुत पहले एक बार आविष्कार किए गए थे, या वे जानवरों के विभिन्न समूहों में अलग-अलग विकसित हुए थे।

इस पहेली को सुलझाने के लिए, मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने अपना ध्यान सी लैम्प्रे (sea lamprey) की ओर लगाया, जो एक जबड़े रहित मछली है जो करोड़ों वर्षों से अस्तित्व में है। चुनौती यह थी कि वैज्ञानिकों के पास लैम्प्रे के भ्रूण के भीतर जर्म कोशिकाओं को ट्रैक करने का कोई तरीका नहीं था; वे नग्न आंखों से अदृश्य थीं और अन्य कोशिकाओं से उन्हें अलग करना कठिन था। शोधकर्ताओं को एक ऐसे उपकरण की आवश्यकता थी जो इन विशिष्ट कोशिकाओं को चमका सके ताकि वे उन्हें वास्तविक समय में बढ़ते और चलते हुए देख सकें। उन्होंने piwil1 नामक जीन पर आधारित एक आनुवंशिक स्विच डिजाइन किया, जो कई विभिन्न प्रजातियों में केवल जर्म कोशिकाओं में सक्रिय होता है। इस स्विच से एक 'ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन' के जीन को जोड़कर, उन्होंने एक जैविक संकेत (बीकन) बनाया। जब यह बीकन चालू होता, तो यह हरा चमकता, लेकिन केवल उन्हीं कोशिकाओं में जो शुक्राणु या अंडे बनने के लिए नियत थीं।

टीम ने पहले इस नए उपकरण का परीक्षण जेब्राफिश में किया, जो एक अच्छी तरह से अध्ययन किया गया जीव है, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि यह सही ढंग से काम करता है। उन्होंने निषेचित जेब्राफिश अंडों में आनुवंशिक संरचना को इंजेक्ट किया और भ्रूणों को विकसित होते देखा। परिणाम तत्काल और स्पष्ट थे: हरा प्रकाश ठीक वहीं दिखाई दिया जहाँ उसे होना चाहिए था, जो प्राइमोर्डियल जर्म सेल्स को उनके बनने, शरीर के माध्यम से प्रवास करने और विकसित होने वाले गोनाड्स (जनन ग्रंथियों) में बसने के दौरान चिह्नित कर रहा था। कोशिकाएं जीवन के शुरुआती चरणों से लेकर वयस्कता तक हरी चमकती रहीं, जिससे सिद्ध हुआ कि यह उपकरण स्थिर और विश्वसनीय था। महत्वपूर्ण रूप से, इस इंजेक्शन ने भ्रूणों को नुकसान नहीं पहुँचाया; वे बिना इंजेक्शन वाले भ्रूणों की तरह ही जीवित रहे और विकसित हुए। इस सफलता ने शोधकर्ताओं को उसी उपकरण का उपयोग लैम्प्रे में करने का विश्वास दिया, जो एक ऐसा जीव है जिसे पहले कभी ऐसे विशिष्ट आनुवंशिक मार्कर से लैस नहीं किया गया था।

जब शोधकर्ताओं ने लैम्प्रे भ्रूणों में चमकने वाली संरचना को इंजेक्ट किया, तो परिणाम प्राचीन जीव विज्ञान की समझ में एक बड़ी सफलता थी। हरा प्रकाश लैम्प्रे के भ्रूणों में दिखाई दिया, जिसने जेब्राफिश की तरह ही प्राइमोर्डियल जर्म सेल्स को चिह्नित किया। कोशिकाओं ने एक समान मार्ग का अनुसरण किया, शरीर के माध्यम से चलीं और अंततः उस क्षेत्र में एकत्रित हुईं जहाँ गोनाड्स बनने वाले थे। इस अवलोकन ने पुख्ता सबूत दिए कि इन प्रजनन कोशिकाओं की पहचान करने और उन्हें बनाए रखने के आनुवंशिक निर्देश गहराई से संरक्षित (conserved) हैं। भले ही सी लैम्प्रे और जेब्राफिश 500 मिलियन वर्षों से अधिक समय पहले एक सामान्य पूर्वज से अलग हो गए थे, लेकिन दोनों ही अपने जर्म सेल्स को खोजने और सुरक्षित करने के लिए एक ही आणविक संकेतों का उपयोग करते हैं। यह अध्ययन बताता है कि अगली पीढ़ी के निर्माण के लिए मौलिक मशीनरी एक प्राचीन विरासत है जो सभी कशेरुकियों में साझा है, न कि एक ऐसा गुण जो जबड़े वाली मछलियों में स्वतंत्र रूप से विकसित हुआ।

इन चमकने वाली कोशिकाओं को ट्रैक करने के अलावा, शोधकर्ताओं ने इस बात की जांच करने के लिए इस नए चमकते उपकरण का उपयोग किया कि मछलियों में लिंग का निर्धारण कैसे होता है। जेब्राफिश में, यह ज्ञात है कि जीवन के शुरुआती चरणों में भ्रूण के पास कितनी जर्म कोशिकाएं हैं, यह इस बात को प्रभावित कर सकता है कि वह नर बनेगा या मादा। यह देखने के लिए कि क्या यह नियम लैम्प्रे पर भी लागू होता है, टीम ने जेब्राफिश भ्रूणों में चमकने वाली कोशिकाओं की गिनती की और उन्हें वयस्कता तक ट्रैक किया। उन्होंने पाया कि अधिक संख्या में जर्म कोशिकाओं वाले भ्रूण मादा के रूप में विकसित होने की प्रवृत्ति रखते थे, जबकि कम कोशिकाओं वाले नर के रूप में विकसित होने की प्रवृत्ति रखते थे। इसने पुष्टि की कि यह उपकरण कोशिका प्रचुरता को सटीक रूप से माप सकता है और लिंग के परिणाम से जोड़ सकता है। हालांकि अध्ययन मुख्य रूप से लैम्प्रे में इस उपकरण को मान्य करने पर केंद्रित था, लेकिन वास्तविक समय में इन कोशिकाओं को गिनने की क्षमता भविष्य के अनुसंधान के द्वार खोलती है कि क्या कोशिका संख्या और लिंग के बीच यही संबंध जबड़े रहित मछलियों में भी मौजूद है।

इस चमकने वाले रिपोर्टर सिस्टम का विकास केवल एक तकनीकी उपलब्धि नहीं है; यह प्रजनन के विकासवादी इतिहास में एक खिड़की प्रदान करता है। इस कार्य से पहले, वैज्ञानिक केवल अनुमान लगा सकते थे कि जबड़े रहित मछलियों में जर्म कोशिकाएं कैसे व्यवहार करती हैं क्योंकि उनके पास उन्हें सीधे देखने के उपकरण नहीं थे। अब, एक ऐसी विधि के साथ जो उन्हें जानवरों के पूरे जीवनकाल के दौरान इन कोशिकाओं को देखने की अनुमति देती है, शोधकर्ता अंततः प्राचीन और आधुनिक मछलियों की विकासात्मक यात्राओं की तुलना आमने-सामने कर सकते हैं। अध्ययन पुष्टि करता है कि जर्मलाइन को नियंत्रित करने वाले नियामक तंत्र (regulatory mechanisms) समय के गहरे अंतराल में भी उल्लेखनीय रूप से स्थिर रहे हैं, जो करोड़ों वर्षों के विकास में जीवित रहे हैं। यह नई क्षमता न केवल हमें यह समझने में मदद करती है कि कशेरुकी कैसे प्रजनन करते हैं, बल्कि महान झीलों (Great Lakes) में आक्रामक लैम्प्रे आबादी के प्रबंधन के लिए भी एक संभावित मार्ग प्रदान करती है, जहाँ वैज्ञानिक उनकी संख्या को नियंत्रित करने के लिए इसी तरह के आनुवंशिक उपकरणों का उपयोग करने की आशा करते हैं। यह कार्य इस बात का प्रमाण है कि कैसे एक सरल, चमकता हुआ मार्कर पृथ्वी पर जीवन के छिपे हुए इतिहास को आलोकित कर सकता है।