Accessing non-fungal eukaryotic diversity in soil from Svalbard through DNA metabarcoding
यह अध्ययन स्वालबार्ड के हिमनद अग्रक्षेत्रों (ग्लेशियल फोरफील्ड्स) में गैर-कवक यूकेरियोटिक विविधता को चरित्रित करने के लिए मल्टी-मार्कर डीएनए मेटाबारकोडिंग (ITS2 और Cox1) का उपयोग करता है, जो यह प्रकट करता है कि समुदाय की संरचना और विविधता प्राथमिक उत्तराधिकार क्रोनोसीक्वेंस (प्राइमरी सक्सेशन क्रोनोसीक्वेंस) के अनुदिश तापमान, पीएच और कार्बनिक कार्बन सामग्री जैसे पर्यावरणीय प्रवणता द्वारा दृढ़ता से संरचित होती है।
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आर्कटिक चरम सीमाओं का स्थान है, जहाँ बर्फ और चट्टानें परिदृश्य पर हावी हैं और जीवन को जड़ जमाने के लिए संघर्ष करना पड़ता है। फिर भी, इन जमी हुई मिट्टियों की सतह के नीचे, सूक्ष्मजीवों की एक छिपी हुई दुनिया लगातार पर्यावरण को नया रूप दे रही है। जब गर्म तापमान के कारण ग्लेशियर पीछे हटते हैं, तो वे पीछे ऐसी नग्न भूमि छोड़ जाते हैं जिसे कभी मिट्टी या पौधों का अनुभव नहीं हुआ होता। यह नई उजागर हुई भूमि 'प्राथमिक अनुक्रमण' (primary succession) नामक एक धीमी, प्राकृतिक प्रक्रिया का मंच बन जाती है। यह सूक्ष्म शैवाल और बैक्टीरिया जैसे सरलतम जीवों के साथ शुरू होता है, जो धीरे-धीरे चट्टानों को तोड़ते हैं और पोषक तत्वों का निर्माण करते हैं। समय के साथ, ये अग्रदूत (pioneers) जमीन को इतना उपजाऊ बना देते हैं कि वहां काई, फिर छोटे पौधे और अंततः सूक्ष्म जीव आ सकें। इस समुदाय के कैसे विकसित होने की प्रक्रिया को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रकट करता है कि पारिस्थितिकी तंत्र व्यवधानों से कैसे उबरते हैं और वे वर्तमान में ध्रुवीय क्षेत्रों में तेजी से आते जलवायु परिवर्तनों के प्रति कैसे प्रतिक्रिया दे सकते हैं।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने हाई आर्कटिक के स्वालबार्ड द्वीपसमूह में स्थित लॉन्गयर्नब्रीन (Longyearbreen) ग्लेशियर की ढलानों पर इस अदृश्य रिकवरी प्रक्रिया का मानचित्रण करने का प्रयास किया। उन्होंने गैर-कवक यूकेरियोट्स (non-fungal eukaryotes) पर ध्यान केंद्रित किया—जटिल कोशिकाओं वाले जीवों का वह विविध समूह जिसमें पौधे, जानवर और विभिन्न सूक्ष्म जीवन रूप शामिल हैं, लेकिन कवक (fungi) को बाहर रखा गया है। इसे करने के लिए, वे सूक्ष्मदर्शी के नीचे व्यक्तिगत जीवों को खोजने और पहचानने पर निर्भर नहीं रहे, जो कि एक ऐसी विधि है जो सबसे छोटे या सबसे छिपे हुए जीवन को अक्सर छोड़ देती है। इसके बजाय, उन्होंने डीएनए मेटाबारकोडिंग (DNA metabarcoding) नामक एक तकनीक का उपयोग किया। इसमें मिट्टी के नमूने लेना और वहां रहने वाले सभी जीवों द्वारा छोड़े गए आनुवंशिक पदार्थ को पढ़ना शामिल है, जो बिना वहां रहने वालों को देखे, प्रभावी रूप से मिट्टी का एक जैविक सूची विवरण तैयार करता है। टीम ने ग्लेशियर के बिल्कुल किनारे से लेकर तटीय क्षेत्रों तक, जो एक पथ के साथ फैला हुआ था, बीस नमूने एकत्र किए, जहाँ बर्फ हाल ही में पिघली थी और जहाँ भूमि लंबे समय से उजागर है।
शोधकर्ताओं ने दो अलग-अलग जेनेटिक मार्कर्स का विश्लेषण किया, जो जैविक पुस्तकालय के विभिन्न हिस्सों को खोलने वाली अलग-अलग चाबियों के सेट की तरह कार्य करते हैं। एक मार्कर, जिसे ITS2 के रूप में जाना जाता है, विशेष रूप से पौधों और सूक्ष्म शैवाल की पहचान करने में अच्छा है, जबकि दूसरा, जिसे Cox1 कहा जाता है, जानवरों और अन्य जटिल जीवन रूपों को पहचानने में बेहतर है। इन दोनों दृष्टिकोणों को मिलाकर, वे इस बात की अधिक स्पष्ट तस्वीर बना सके कि कौन कहाँ रह रहा है। उनके विश्लेषण से पता चला कि जैसे-जैसे आप ग्लेशियर से दूर जाते हैं, जीवन का समुदाय नाटकीय रूप से बदल जाता है। बर्फ के पास, मिट्टी सूक्ष्म शैवाल और सरल प्रोटिस्ट्स द्वारा नियंत्रित होती है, जो शुरुआती उपनिवेशवादी (colonizers) हैं। जैसे-जैसे ग्लेशियर से दूरी बढ़ती है और मिट्टी पुरानी होती जाती है, समुदाय में काई, संवहनी पौधे (vascular plants) और विविध प्रकार के सूक्ष्म जीव शामिल हो जाते हैं।
अध्ययन में पाया गया कि ग्लेशियर के सबसे निकट की मिट्टी, जो 280 मीटर की ऊंचाई पर है, में कुल कार्बनिक कार्बन सामग्री 2.66 dag kg⁻¹ थी, जो इतनी युवा वातावरण के लिए अपेक्षाकृत उच्च है। हालाँकि, वहां जैविक विविधता दूर स्थित पुरानी मिट्टियों की तुलना में कम थी। जैसे-जैसे शोधकर्ता ढलान से तट की ओर नीचे आए, मिट्टी का तापमान बढ़ गया और पीएच (pH) स्तर बदल गया, जिससे ऐसी स्थितियाँ बनीं जो जीवन की अधिक समृद्ध विविधता का समर्थन करती हैं। तटीय स्थल पर, जो समुद्र तल से केवल 9 मीटर ऊपर है, मिट्टी का पीएच 7.6 था और कुल कार्बनिक कार्बन सामग्री 0.92 dag kg⁻¹ थी। कम संग्रहीत कार्बन होने के बावजूद, इस पुरानी मिट्टी ने जीवों का एक अधिक जटिल और समान रूप से वितरित समुदाय धारण किया। जेनेटिक डेटा ने दिखाया कि जीवन की विविधता केवल मौजूद प्रजातियों की संख्या के बारे में नहीं थी, बल्कि उन प्रजातियों के वितरण की समानता के बारे में भी थी। तटीकर तटीय मिट्टी में, जीवन रूप अधिक संतुलित थे, जबकि ग्लेशियर के पास की युवा मिट्टी में, जीवों के कुछ प्रमुख प्रकार हावी थे।
सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्षों में से एक उन जीवों की उपस्थिति थी जो आमतौर पर आर्कटिक की मिट्टी में नहीं होते हैं। जेनेटिक विश्लेषण ने समुद्री जीवों के डीएनए का पता लगाया, जिसमें चीन के तटों के पास रहने वाली एक मछली की प्रजाति और विभिन्न समुद्री अकशेरुकी (invertebrates) शामिल थे। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि ये मिट्टी के सक्रिय निवासी नहीं हैं, बल्कि दूर के महासागरों से हवा, पानी या प्रवासी पक्षियों द्वारा लाए गए डीएनए के अवशेष हैं। यह "एलोचथोनस" (allochthonous) डीएनए, या तत्काल वातावरण के बाहर से प्राप्त आनुवंशिक पदार्थ, यह उजागर करता है कि ये दूरस्थ पारिस्थितिकी तंत्र व्यापक दुनिया से कितने जुड़े हुए हैं। अध्ययन ने कुछ लैंड फ्लैटवर्म (land flatworms) जैसी संभावित आक्रामक प्रजातियों की भी पहचान की, जिन्हें मानव व्यापार के माध्यम से वैश्विक स्तर पर पहुँचाया जाता है। उनकी मिट्टी में उपस्थिति यह संकेत देती है कि यहाँ तक कि हाई आर्कटिक के सबसे दूरस्थ कोनों में भी, मानवीय गतिविधियों का स्थानीय खाद्य जाल (food web) पर प्रभाव पड़ना शुरू हो गया है।
अनुसंधान ने मिट्टी के पोषक तत्वों के संबंध में एक विरोधाभासी पैटर्न को भी उजागर किया। उच्चतम कार्बनिक कार्बन ग्लेशियर के पास की सबसे युवा मिट्टी में पाया गया, जहाँ जैविक गतिविधि वास्तव में सबसे कम थी। लेखक बताते हैं कि बर्फ के पास ठंडे तापमान कार्बनिक पदार्थों के अपघटन (decomposition) को धीमा कर देता है, जिससे उन्हें जमा होने का अवसर मिलता है। इसके विपरीत, गर्म तटीय मिट्टी जीवन से भरपूर है जो कार्बनिक सामग्री को कुशलतापूर्वक तोड़ती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च जैविक गतिविधि के बावजूद कार्बन का स्तर कम रहता है। कार्बन भंडारण और जैविक प्रचुरता के बीच यह अलगाव (decoupling) इस बात पर एक नया दृष्टिकोण प्रदान करता है कि ये पारिस्थितिकी तंत्र कैसे कार्य करते हैं। अध्ययन इस बात की पुष्टि करता है कि नग्न बर्फ से एक परिपक्व पारिस्थितिकी तंत्र में संक्रमण एक संरचित प्रक्रिया है, जो तापमान, मिट्टी के रसायन विज्ञान और नई प्रजातियों के आगमन द्वारा संचालित होती है।
एक मल्टी-मार्कर दृष्टिकोण का उपयोग करके, टीम एक एकल विधि द्वारा संभव तुलना में आर्कटिक मिट्टी की अधिक पूर्ण तस्वीर देखने में सक्षम रही। ITS2 मार्कर ने स्थानीय, निवासी जीवन का एक रूढ़िवादी दृश्य प्रदान किया, जबकि Cox1 मार्कर ने एक व्यापक संकेत कैप्चर किया जिसमें स्थानीय निवासी और क्षणिक आनुवंशिक सामग्री दोनों शामिल थे। इस संयोजन ने शोधकर्ताओं को पारिस्थितिकी तंत्र बनाने वाले जीवों और व्यापक दुनिया की आनुवंशिक गूँज के बीच अंतर करने की अनुमति दी। उनके परिणाम ध्रुवीय जैव विविधता की गतिशील प्रकृति और उन वातावरणों के बदलने की गति को रेखांकित करते हैं। जैसे-जैसे ग्लेशियर पीछे हटते जा रहे हैं, उभरने वाले मिट्टी के समुदाय आर्कटिक के भविष्य में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएंगे, और इन परिवर्तनों की निगरानी करना यह समझने के लिए आवश्यक है कि ग्रह के पारिस्थितिकी तंत्र गर्म होती दुनिया के प्रति कैसे अनुकूलित होते हैं।
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