Deep Branching of Archaea: A Phylogenomic Study Using Five Universal Protein Markers

पृथ्वी पर जीवन की कल्पना अक्सर एक भव्य पारिवारिक वृक्ष (फैमिली ट्री) के रूप में की जाती है, जहाँ हर जीव, सबसे सूक्ष्म सूक्ष्मजीव से लेकर सबसे ऊंचे पेड़ तक, अपने वंश का पता एक ही सामान्य पूर्वज से लगाता है। दशकों से, जीव विज्ञानियों ने इस विशाल इतिहास को तीन मुख्य शाखाओं, या डोमेन में व्यवस्थित किया है: बैक्टीरिया (Bacteria), जो सबसे सामान्य और व्यापक रूप से फैले जीवन रूप हैं; आर्किया (Archaea), प्राचीन सूक्ष्मजीव जो अक्सर गर्म झरनों जैसे चरम वातावरण में पाए जाते हैं; और यूकेरियोटा (Eukaryota), जटिल जीवन जिसमें पौधे, जानवर और कवक शामिल हैं। कोशिकाओं के भीतर मौजूद आनुवंशिक निर्देशों को देखकर स्थापित यह तीन-भागों वाला विभाजन, जीवन के विकास को समझने का मानक तरीका रहा है। हालाँकि, एक गहरा और निरंतर प्रश्न बना हुआ है: इन तीन शाखाओं में से सबसे पुरानी कौन सी है, और वे एक-दूसरे से वास्तव में कैसे अलग हुईं? विशेष रूप से, क्या जटिल जीवन बैक्टीरिया की दुनिया के भीतर से विकसित हुआ, या यह प्राचीन आर्किया की रेखा से उभरा? इसे सुलझाना केवल नामों को छाँटने का मामला नहीं है; यह हमारे जैविक इतिहास की जड़ को समझने और पहले जटिल कोशिकाओं के अस्तित्व में आने के बारे में है।

पाकिस्तान के गुजरात विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने 'फाइलोगेनोमिक्स' नामक एक आधुनिक दृष्टिकोण का उपयोग करके इस मौलिक प्रश्न पर पुनर्विचार करने का निर्णय लिया। एक एकल प्रकार के जेनेटिक मार्कर पर निर्भर रहने के बजाय, उन्होंने पांच विशिष्ट, सार्वभौमिक प्रोटीनों से डेटा एकत्र किया जो सभी जीवित चीजों में पाए जाते हैं। ये प्रोटीन, जो कोशिकाओं के निर्माण और आनुवंशिक कोड की नकल करने वाली आणविक मशीनरी के रूप में कार्य करते हैं, इतने आवश्यक हैं कि वे अरबों वर्षों में बहुत धीरे-धीरे बदले हैं, जिससे विकास के इतिहास का एक स्पष्ट रिकॉर्ड सुरक्षित रहता है। टीम ने इन पांच प्रोटीनों के लिए तीन डोमेन के 111 विभिन्न प्रजातियों से अनुक्रम (सीक्वेंस) एकत्र किए। प्रत्येक प्रजाति के लिए पूर्ण जानकारी सुनिश्चित करने के लिए इस डेटा को फ़िल्टर करने के बाद, उन्होंने अपना ध्यान 35 जीवों के एक अंतिम समूह तक सीमित कर दिया। इसके बाद उन्होंने इन पांच प्रोटीनों के अनुक्रमों को एक विशाल, निरंतर आनुवंशिक मानचित्र में जोड़ दिया, जिससे लगभग 7,000 व्यक्तिगत सूचनात्मक इकाइयों वाला एक अत्यंत विस्तृत डेटासेट तैयार हुआ।

इस विशाल डेटासेट को समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक कंप्यूटर एल्गोरिदम का उपयोग किया जिसे जीवों को उनके प्रोटीन अनुक्रमों की समानता के आधार पर समूहीकृत करके विकास के सबसे संभावित पथ को खोजने के लिए डिज़ाइन किया गया था। उन्होंने परिणामों की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए थोड़े बदलावों के साथ इस विश्लेषण को 100 बार चलाया, जो एक प्रक्रिया है जो 'बूटस्ट्रैप वैल्यू' के रूप में जानी जाने वाली सांख्यिकीय विश्वास का स्तर प्रदान करती है। उन्हें प्राप्त परिणाम चौंकाने वाले थे और जीवन के वृक्ष के पारंपरिक दृष्टिकोण को चुनौती देते थे। विश्लेषण ने डोमेन ऑफ आर्किया को, जिसका प्रतिनिधित्व उनके अध्ययन में 'थर्मोकोकस पेलागिकस' (Thermococcus pelagicus) नामक एक प्रजाति द्वारा किया गया था, सभी जीवन के सामान्य पूर्वज से अलग होने वाली सबसे पहली शाखा के रूप में स्थापित किया। इस नए चित्र में, आर्किया सबसे पुराना डोमेन है, जो बैक्टीरिया और यूकेरियोट्स के पूर्वजों के एक-दूसरे से अलग होने से पहले ही अलग हो गया था।

शायद इससे भी अधिक आश्चर्यजनक जटिल जीवन का स्थान था। शोधकर्ताओं द्वारा निर्मित वृक्ष में, यूकेरियोटा के प्रतिनिधि, जिनमें एक यीस्ट प्रजाति और मक्का का पौधा शामिल था, एक अलग, समान शाखा के रूप में खड़े नहीं थे। इसके बजाय, उन्हें बैक्टीरिया के समूह के भीतर गहराई में पाया गया। यह व्यवस्था बताती है कि, इन विशिष्ट प्रोटीन मार्करों के आधार पर, जटिल जीवन की वंशावली बैक्टीरिया की शाखा से आर्किया की शाखा की तुलना में अधिक निकटता से जुड़ी हुई है। इस वृक्ष के लिए सांख्यिकीय समर्थन अत्यधिक मजबूत था, जिसका औसत विश्वास स्तर 95.2 प्रतिशत था। वृक्ष के 33 विशिष्ट शाखा बिंदुओं में से, 30 को 70 प्रतिशत या उससे अधिक के विश्वास स्कोर द्वारा समर्थित किया गया था, और उनमें से 25 को अधिकतम 100 प्रतिशत के स्तर पर समर्थन मिला। केवल दो छोटी शाखाओं ने कम विश्वास दिखाया, जो इंगित करता है कि हालांकि समग्र चित्र स्पष्ट है, कुछ विशिष्ट संबंध थोड़े अनिश्चित बने हुए हैं।

शोधकर्ताओं ने प्रोटीनों की रासायनिक संरचना का भी अध्ययन किया ताकि यह देखा जा सके कि क्या तीनों डोमेन के विशिष्ट हस्ताक्षर हैं। विभिन्न अमीनो एसिड (प्रोटीन के निर्माण खंड) की आवृत्ति का विश्लेषण करके, उन्होंने पाया कि आर्किया, बैक्टीरिया और यूकेरियोट्स में से प्रत्येक का एक अद्वितीय रासायनिक फिंगरप्रिंट था। इस अलगाव ने पुष्टि की कि तीनों समूह वास्तव में अलग हैं, भले ही उनके विकास संबंधी संबंध पहले की तुलना में भिन्न दिखते हों। टीम ने उल्लेख किया कि उनके निष्कर्ष पूरी तरह से "तीन डोमेन" परिकल्पना के अनुरूप नहीं हैं, जो तीनों समूहों को तीन अलग-अलग वंश रेखाओं के रूप में समान मानता है, और न ही यह "एरोसाइट" (Eocyte) परिकल्पना का समर्थन करता है, जो सुझाव देती है कि जटिल जीवन सीधे आर्किया के एक विशिष्ट समूह से विकसित हुआ था। इसके बजाय, डेटा एक ऐसी स्थिति की ओर इशारा करता है जहाँ जटिल जीवन संभवतः एक बैक्टीरियल पूर्वज से उभरा होगा, संभवतः एक ऐसी प्रक्रिया के माध्यम से जहाँ एक बैक्टीरियल कोशिका ने दूसरी कोशिका को निगल लिया था, जो अंततः आज के जटिल कोशिकाओं के उद्भव की ओर ले गई।

यद्यपि परिणाम सुदृढ़ हैं, लेखक अपने अध्ययन की सीमाओं को स्वीकार करने में सावधानी बरतते हैं। अंतिम विश्लेषण केवल 35 प्रजातियों पर आधारित था, जो उनके द्वारा शुरू में स्क्रीन किए गए 111 प्रजातियों का एक छोटा सा हिस्सा था, क्योंकि उन्हें पांचों प्रोटीनों के लिए पूर्ण आनुवंशिक डेटा की आवश्यकता थी। उन्होंने यह भी नोट किया कि उनके द्वारा उपयोग की गई कंप्यूटर पद्धति, जो तेज़ और प्रभावी है, आज उपलब्ध कुछ अन्य उन्नत सांख्यिकीय तकनीकों जितनी शक्तिशाली नहीं है। इसके अलावा, अध्ययन ने पांच प्रोटीनों के एक विशिष्ट सेट पर ध्यान केंद्रित किया, और भविष्य के शोध में अधिक प्रजातियों और विभिन्न जेनेटिक मार्करों को शामिल करने से इन निष्कर्षों को और अधिक परिष्कृत किया जा सकता है। फिर भी, उनके डेटा में उच्च स्तर की सांख्यिकीय सहमति यह सुझाव देती है कि आर्किया को सबसे गहरी शाखा के रूप में रखना और यूकेरियोट्स को बैक्टीरिया के समूह के भीतर रखना, उनके द्वारा जांचे गए साक्ष्यों के आधार पर एक ठोस निष्कर्ष है। यह कार्य जीवन की उत्पत्ति की चल रही कहानी में एक नया, सम्मोहक अध्याय जोड़ता है, जो वैज्ञानिकों को हमारे ग्रह पर जीवन के सरलतम और सबसे जटिल रूपों के बीच गहरे संबंधों को फिर से देखने के लिए प्रेरित करता है।