Convergent evolution of animal photosymbiosis through co-option of ancestral endodermal programs
यह अध्ययन प्रकट करता है कि विविध संघों (phyla) में पशु फोटोसिम्बायोसिस (photosymbiosis) का अभिसारी विकास, विशेष रूप से सहजीवी-होस्ट करने वाली विशिष्ट कोशिका प्रकारों के विकास के बजाय, पोषक तत्व प्रसंस्करण और चयापचय के लिए पूर्वज एंडोडर्मल कार्यक्रमों के बार-बार सह-चयन (co-option) और वंश-विशिष्ट नवाचारों पर निर्भर करता है।
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पृथ्वी पर जीवन अक्सर एकाकी शक्ति के माध्यम से नहीं, बल्कि साझेदारी के माध्यम से फलता-फूलता है। महासागर में, कई जानवरों ने अपने शरीरों के भीतर सूक्ष्म शैवाल (algae) को पनाह देना सीख लिया है, जिससे वे उन शैवालों द्वारा पकड़ी गई सूर्य की रोशनी का उपयोग अपने विकास को ईंधन देने के लिए करते हैं। इस व्यवस्था को 'फोटोसिम्बायोसिस' (photosymbiosis) कहा जाता है, जो कई अलग-अलग पशु समूहों में स्वतंत्र रूप से दिखाई दी है, रंगीन कोरल (मूंगा) से लेकर विशाल क्लैम (clams) तक, जो रेत में छिपे रहते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक यह जानने के लिए उत्सुक रहे हैं कि ऐसा जटिल संबंध कैसे विकसित होता है। क्या एक जानवर को अपने शैवाल मेहमान को रखने के लिए विशेष रूप से एक बिल्कुल नए प्रकार की कोशिका का आविष्कार करने की आवश्यकता होती है, या क्या वह केवल उन कोशिकाओं का पुन: उपयोग करता है जो पहले से ही अन्य कार्यों के लिए मौजूद हैं? यह प्रश्न इस बात के मूल में जाता है कि प्रकृति जटिलता का निर्माण कैसे करती है: क्या यह पूरी तरह से नए उपकरणों के आविष्कार के माध्यम से होता है, या पुराने उपकरणों के चतुर पुनर्गठन के माध्यम से?
शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए जापान के जल में पाए जाने वाले एक छोटे, चपटे समुद्री कृमि, प्रेसैजिटिफेरा नाइकाइन्सिस (Praesagittifera naikaiensis) का बारीकी से अध्ययन किया है। यह कृमि, जो जापान के पानी में पाया जाता है, एक हरे शैवाल के साथ एक अनूठे तालमेल में रहता है। कोरल के विपरीत, जहाँ शैवाल जानवरों की कोशिकाओं के भीतर रहते हैं, ये कृमि अपने शैवाल मेहमानों को अपनी कोशिकाओं के बीच के स्थानों में रखते हैं। यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, वैज्ञानिकों ने कृमि के शरीर की प्रत्येक एकल कोशिका की आनुवंशिक गतिविधि का मानचित्रण किया। उन्होंने पाया कि कृमि के पास केवल शैवाल को रखने के लिए समर्पित कोई विशेष, अद्वितीय कोशिका प्रकार नहीं है। इसके बजाय, यह साझेदारी मौजूदा, साधारण कोशिकाओं की एक टीम द्वारा प्रबंधित की जाती है जो मिलकर कार्य करती हैं। विशेष रूप से, कोशिकाएं जो सामान्य रूप से पाचन का कार्य संभालती हैं और वे कोशिकाएं जो कृमि के आंतरिक स्थानों की रेखा बनाती हैं, शैवाल को सहारा देने का कार्य संभाल लेती हैं। ये कोशिकाएं श्रम का विभाजन करती हैं: कुछ पोषक तत्वों को इकट्ठा करने पर ध्यान केंद्रित करती हैं, जबकि अन्य शैवाल के फलने-फूलने के लिए सही रासायनिक वातावरण बनाने में मदद करती हैं।
शोधकर्ताओं ने यह पुष्टि करने के लिए कि जब उन्होंने अस्थायी रूप से शैवाल की भोजन बनाने की क्षमता को बंद कर दिया, तो कृमि की कोशिकाओं ने एक अनुमानित तरीके से अपना व्यवहार बदल लिया, जिससे पोषक तत्वों को संसाधित करने के लिए जिम्मेदार जीन कम हो गए। इससे यह सिद्ध हुआ कि ये विशिष्ट कोशिकाएं ही सक्रिय रूप से इस संबंध को बनाए रख रही हैं। इसके अलावा, वैज्ञानिकों ने इस कृमि की आनुवंशिक संरचना की तुलना अन्य जानवरों से की जिन्होंने कोरल और स्पंज जैसे समान साझेदारियां विकसित की हैं। उन्होंने एक आश्चर्यजनक पैटर्न पाया: हालांकि इन जानवरों की बनावट और उनके शैवाल को रखने के तरीके में व्यापक अंतर है, फिर भी वे सभी एक ही प्राचीन निर्देशों के सेट पर निर्भर करते हैं जो उनके पाचन या आंतरिक शरीर की कोशिकाओं में पाए जाते हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि विकास बार-बार इसी जैविक टूलकिट—उन कोशिकाओं के लिए जो खाने और भोजन को संसाधित करने के लिए जिम्मेदार हैं—का उपयोग करता है, क्योंकि वे एक प्रकाश संश्लेषक साथी को प्रबंधित करने के लिए आवश्यक मशीनरी से पहले से ही सुसज्जित हैं।
यह खोज बताती है कि जटिल साझेदारियों का विकास करने के लिए हमेशा नए कोशिका प्रकारों के आविष्कार की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, प्रकृति उन कोशिकाओं को लेती है जो पहले से मौजूद हैं और एक नए रोल के अनुकूल ढलने के लिए उनके व्यवहार को संशोधित करती है। प्रेसैजिटिफेरा कृमि के मामले में, वे कोशिकाएं जो आमतौर पर पाचन करती हैं, उन्हें शैवाल का समर्थन करने के लिए अपनाया गया है, जिससे बिना किसी विशेष "सिम्बायोंट सेल" (symbiont cell) की आवश्यकता के एक कार्यात्मक स्थान निर्मित हुआ है। अध्ययन से यह भी पता चला कि ये कोशिकाएं विकास के दौरान काफी लचीली होती हैं, जिसका अर्थ है कि वे एक डिग्री की अनुकूलन क्षमता बनाए रखती हैं जो उन्हें अपने शैवाल मेहमानों को प्राप्त करने पर अपना कार्य बदलने की अनुमति देती है। विभिन्न पशु समूहों में इन सहजीवी कोशिकाओं के आनुवंशिक प्रोफाइल की तुलना करके, शोधकर्ताओं ने पाया कि वे एक सामान्य, प्राचीन विरासत साझा करते हैं जो पोषक तत्वों को संसाधित करने की जानवर की क्षमता में निहित है।
इस कार्य के निहितार्थ केवल इस एक प्रकार के कृमि तक सीमित नहीं हैं। यह एक सामान्य सिद्धांत प्रदान करता है कि कैसे पशु जगत में जटिल जैविक संबंध उत्पन्न हो सकते हैं। चाहे कोई जानवर अपनी कोशिकाओं के भीतर शैवाल को होस्ट करे, उनके बीच में, या विशेष अंगों में, अंतर्निहित आनुवंशिक रणनीति समान ही प्रतीत होती है: उन कोशिकाओं को नियुक्त करना जो पहले से ही पोषक तत्वों और चयापचय (metabolism) को संभालने में कुशल हैं। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि इस प्राचीन, बहुमुखी सेल प्रोग्रामों पर साझा निर्भरता इसे विभिन्न वंशों के लिए स्वतंत्र रूप से समान साझेदारियां विकसित करना आसान बनाती है। हालांकि इस साझेदारी की भौतिक व्यवस्था एक जानवर से दूसरे जानवर में बहुत भिन्न दिख सकती है, लेकिन कोशिकीय आधार उल्लेखनीय रूप से सुसंगत रहता है। यह अध्ययन एक स्पष्ट दृश्य प्रदान करता है कि कैसे विकास शून्य से शुरुआत करके नहीं, बल्कि उन उपकरणों को कुशलतापूर्वक पुन: उपयोग करके कुछ नया बनाता है जो लाखों वर्षों से उपलब्ध हैं।
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