Footprints of adaptive evolution in mitochondrial protein-coding genes of endemic Ethiopian brush-furred rats (Lophuromys) living at high altitude

मानव शरीर की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें, और हर एक कोशिका के भीतर, एक छोटा, गुनगुनाता हुआ बिजली घर है जिसे माइटोकॉन्ड्रियन (mitochondrion) कहा जाता है। ये बिजली घर ही वह कारण हैं जिससे हमारे पास दौड़ने, सोचने और बढ़ने के लिए ऊर्जा होती है। वे ऑक्सीजन के साथ ईंधन जलाकर काम करते हैं, यह प्रक्रिया रसायन विज्ञान और भौतिकी के बीच एक उच्च-दांव वाले नृत्य की तरह है। अब, इथियोपिया के उच्च क्षेत्रों (Highlands) में रहने वाले चूहों के एक समूह की कल्पना करें। ये आपके सामान्य बगीचे के कृंतक (rodents) नहीं हैं; वे दुनिया के सबसे ऊपरी हिस्से में रहते हैं, जहाँ हवा पतली है, ठंड बहुत अधिक है, और सूरज की यूवी किरणें तीव्र रूपनों के साथ बरसती हैं। इस कठोर वातावरण में, उस ऊर्जा नृत्य का "ऑक्सीजन" वाला हिस्सा ढूँढना बहुत कठिन हो जाता है। वैज्ञानिक लंबे समय से आश्चर्य कर रहे हैं: जब जानवर इन कठिन, ऊँचाई वाले इलाकों में जाते हैं, तो क्या उनके बिजली घर बदल जाते हैं? क्या उनकी ऊर्जा प्रणालियों के ब्लूप्रिंट को जीवित रहने में मदद करने के लिए विकास (evolution) द्वारा फिर से लिखा जाता है? यह प्रश्न आनुवंशिकी और पारिस्थितिकी के मिलन बिंदु पर स्थित है, जो यह पूछता है कि जीवन चरम स्थानों को जीतने के लिए अपनी मशीनरी के साथ कैसे प्रयोग करता है।

आप जो शोध पत्र पढ़ने जा रहे हैं, वह इथियोपिया के ब्रश-फर वाले चूहों के एक विशिष्ट समूह, जिन्हें Lophuromys के नाम से जाना जाता है, पर नज़र डालकर इस रहस्य की गहराई में उतरता है। शोधकर्ताओं ने चूहों के माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए को प्राचीन निर्देश पुस्तिकाओं (manuals) के एक सेट की तरह माना, विशेष रूप से उन 12 अलग-अलग अध्यायों पर ध्यान केंद्रित किया जो बिजली घर के इंजन के प्रोटीनों का निर्माण करते हैं। वे यह देखना चाहते थे कि क्या ऊँचे पहाड़ों में रहने वाले चूहों ने 'पॉजिटिव सिलेक्शन' (positive selection) के माध्यम से अपने मैनुअल्स को "संपादित" किया है—अनिवार्य रूप से, क्या प्रकृति ने पतली हवा में आसानी से सांस लेने में मदद करने के लिए इन जीनों के बेहतर, तेज़ या अधिक कुशल संस्करणों को सक्रिय रूप से चुना है।

डेटा की कहानी क्या प्रकट करती है, यहाँ दिया गया है: इन चूहों के विकास को चलाने वाली मुख्य शक्ति मैनुअल्स का कोई उन्मादी पुनर्लेखन नहीं था, बल्कि एक सख्त संपादक था जो यह सुनिश्चित कर रहा था कि कुछ भी टूटे नहीं। अध्ययन में पाया गया कि प्यूरीफाइंग सिलेक्शन (purifying selection) प्रमुख शक्ति थी। इसे एक कारखाने में गुणवत्ता नियंत्रण निरीक्षक की तरह समझें जो उत्पादों को पूर्ण सुनिश्चित करने के लिए लगातार जाँच करता है, और किसी भी दोषपूर्ण उत्पाद को बाहर कर देता है। अधिकांशतः, चूहों के माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन बिल्कुल वैसे ही रहे क्योंकि वे पहले से ही बहुत अच्छा काम कर रहे थे; उन्हें बदलना जोखिम भरा होता।

हालाँकि, शोधकर्ताओं को कुछ बहुत ही छोटे, विशिष्ट "संशोधन" मिले जो पॉजिटिव सिलेक्शन की तरह दिखे। ये दुर्लभ थे, विशिष्ट पारिवारिक वंशों में हुए थे, और ऊँचाई वाले क्षेत्रों में रहने वाले चूहों में दिखाई दिए। यह ऐसा है जैसे, कुछ विशिष्ट मामलों में, चूहों ने अपने बिजली घर के एक अकेले पेंच को ठंड और कम ऑक्सीजन को संभालने के लिए थोड़े अधिक मजबूत पेंच से बदल दिया हो। इन बदलावों में अक्सर "रेडिकल" (radical) बदलाव शामिल थे, जहाँ प्रोटीन के एक निर्माण खंड को बहुत अलग रासायनिक गुणों वाले दूसरे से बदल दिया गया था, जैसे कि एक नरम रबर के गास्केट को एक कठोर धातु से बदलना।

लेकिन इस कहानी में एक मोड़ भी है। अध्ययन ने माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए को भी देखा है जो 'इंट्रोग्रेशन' (introgression) नामक प्रक्रिया के माध्यम से विभिन्न चूहा समूहों के बीच "चुराया" या बदला गया प्रतीत होता है। आप उम्मीद कर सकते हैं कि यदि एक चूहा समूह अपने पड़ोसी से एक सुपर-कुशल जीन प्राप्त करता है, तो यह अनुकूलन का एक स्पष्ट संकेत होगा। फिर भी, शोध पत्र तर्क देता है कि ऐसा नहीं था। बदले गए डीएनए ने उन्हीं स्पष्ट संकेतों को नहीं दिखाया जो "सुपर-चार्ज्ड" होने या उन रेडिकल बदलावों के होते हैं। इसके बजाय, लेखक सुझाव देते हैं कि ये बदलाव संभवतः यादृच्छिक संयोग (random chance), जनसंख्या आंदोलनों, या केवल इसलिए हुए क्योंकि पुराना माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए घिस रहा था और उसे बदलने की आवश्यकता थी, न कि इसलिए कि यह एक चतुर विकासवादी अपग्रेड था।

तो, बड़ी तस्वीर यह है: इथियोपिया के उच्च क्षेत्रों में इन चूहों का प्रसार उनके माइटोकॉन्ड्रियल इंजनों के बड़े, व्यापक ओवरहाल द्वारा संचालित नहीं था। इसके बजाय, पतली हवा और ठंड के प्रति अनुकूलन, अपने मूल इंजन को पूरी तरह से बनाए रखने (प्यूरीफिंग सिलेक्शन के माध्यम से), ऊँचाई वाले वंशों में कुछ बहुत ही विशिष्ट, स्थानीय संशोधनों को करने, और शायद शरीर के अन्य हिस्सों के शरीर विज्ञान (physiology) पर भारी काम करने के लिए भरोसा करने का मिश्रण है। शोध पत्र सुझाव देता है कि जबकि प्रकृति ने कुछ छोटे, लक्षित समायोजन किए, इन चूहों की कहानी मुख्य रूप से पहिये का पुन: आविष्कार करने के बजाय जो काम करता है उसे संरक्षित करने की है।