Culture media and incubation temperature shape the recovery of aerobic bacteria from contrasting Antarctic soils

अंटार्कटिका की जमी हुई मिट्टी पृथ्वी के सबसे चरम वातावरणों में से एक है, एक ऐसी जगह जहाँ जीवन को निरंतर ठंड, शुष्क हवाओं और भोजन की कमी का सामना करना पड़ता है। फिर भी, बर्फ के नीचे और मिट्टी की पतली परतों के भीतर, सूक्ष्मजीवों का एक छिपा हुआ संसार जीवित रहता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि ये ठंडे-अनुकूल बैक्टीरिया न केवल जीवित रह रहे हैं, बल्कि सक्रिय रूप से अपने पारिस्थितिकी तंत्र को आकार भी दे रहे हैं, कार्बनिक पदार्थों को तोड़ रहे हैं और पोषक तत्वों के चक्रण को उन तरीकों से कर रहे हैं जो काफी हद तक रहस्यमय बने हुए हैं। उन्हें समझने के लिए, शोधकर्ताओं को सबसे पहले उन्हें प्रयोगशाला में उगाने में सक्षम होना चाहिए। यह एक कठिन कार्य है क्योंकि प्रकृति में मौजूद अधिकांश बैक्टीरिया उन मानक डिशों और गर्म स्थितियों में उगने से इनकार कर देते हैं जिनका उपयोग वैज्ञानिक आमतौर पर करते हैं। लैब में उगाए जा सकने वाले जीवन का अंश अक्सर वास्तविक विविधता का केवल एक छोटा, पक्षपाती नमूना होता है जो वास्तव में मौजूद है। इन जिद्दी जीवों को उगाने के लिए राजी करने का तरीका समझना आवश्यक है, न केवल यह सूचीबद्ध करने के लिए कि क्या मौजूद है, बल्कि अनुकूलन को समझने में उनकी क्षमता को अनलॉक करने और शायद नए उपयोगी गुणों की खोज करने के लिए भी।

ब्राजील के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह देखने के लिए कि विभिन्न प्रयोगशाला स्थितियाँ तीन बहुत अलग अंटारकटिक मृदा स्थलों से बैक्टीरिया उगाने की क्षमता को कैसे प्रभावित करती हैं, इस समस्या को हल करने का प्रयास किया। उन्होंने सड़ते हुए कार्बनिक पदार्थों से समृद्ध एक कीचड़ वाले क्षेत्र, एक जमी हुई पर्माफ्रॉस्ट परत, और पेंगुइन के मल से अत्यधिक समृद्ध मिट्टी से नमूने एकत्र किए। एक एकल विधि का उपयोग करने के बजाय, उन्होंने एक विस्तृत जाल बनाया, मिट्टी के नमूनों को बीस अलग-अलग प्रकार के विकास माध्यमों (ग्रोथ मीडिया) पर फैलाया और उन्हें तीन अलग-अलग तापमानों पर रखा: आठ डिग्री सेल्सियस की ठंड, पच्चीस डिग्री का मध्यम, और सैंतीस डिग्री का गर्म तापमान। उन्होंने इन संस्कृतियों (कल्चर) को चालीस-पाँच दिनों तक बढ़ने दिया, जो लैब में एक लंबा समय है, ताकि देखा जा सके कि कौन से बैक्टीरिया अंततः दिखाई देंगे।

परिणामों ने दिखाया कि चुनी गई स्थितियों ने नाटकीय रूप से बदल दिया कि कौन से बैक्टीरिया पाए जा सकते हैं। कुल मिलाकर, टीम ने 373 व्यक्तिगत बैक्टीरिया उपभेदों (स्ट्रेन्स) को सफलतापूर्वक प्राप्त किया। सड़ते हुए कार्बनिक कीचड़ वाली मिट्टी ने सबसे अधिक बैक्टीरिया पैदा किए, उसके बाद जमी हुई पर्माफ्रॉस्ट, और पेंगुइन वाली मिट्टी ने सबसे कम पैदा किए। जब तापमान को देखा गया, तो पच्चीस डिग्री की मध्यम स्थिति सबसे सफल रही, जिसने सबसे अधिक संख्या में बैक्टीरिया उगाए, जिसके ठीक बाद आठ डिग्री की ठंडी स्थिति थी। सैंतीस डिग्री की गर्म सेटिंग ने बहुत कम बैक्टीरिया उगाए, लेकिन इसने बैक्टीरिया के एक विशिष्ट समूह को भी प्रकट किया जो गर्मी-सहनशील थे और जिन्हें ठंडी सेटिंग्स में नहीं पाया जा सका था। यह निष्कर्ष बताता है कि जीवन की पूरी श्रृंखला को पकड़ने के लिए कोई एक तापमान पर्याप्त नहीं है; इसके बजाय, तापमान की एक सीमा विभिन्न, पूरक समूहों को प्रकट करती है।

बैक्टीरिया को प्रदान किया गया भोजन भी तापमान जितना ही महत्वपूर्ण था। शोधकर्ताओं ने पाया कि समृद्ध, पोषक तत्वों से भरपूर प्लेटें, जिनका उपयोग अक्सर सामान्य सूक्ष्म जीव विज्ञान (माइक्रोबायोलॉजी) में किया जाता है, ने सबसे अधिक बैक्टीरिया उगाए। सक्रिय चारकोल (activated charcoal) युक्त एक विशिष्ट प्रकार की प्लेट विशेष रूप से प्रभावी थी, संभवतः इसलिए क्योंकि चारकोल उन हानिकारक पदार्थों को सोख लेता है जो अन्यथा बैक्टीरिया के विकास को रोक सकते हैं। इसके विपरीत, विशिष्ट प्रकार के बैक्टीरिया को लक्षित करने के लिए डिज़ाइन की गई अत्यधिक विशेष प्लेटों ने बहुत कम कॉलोनियाँ उगाईं। यह इंगित करता है कि जबकि विशेष उपकरण दुर्लभ जीवों को ढूंढ सकते हैं, व्यापक और पोषक तत्वों से भरपूर वातावरण मिट्टी की सामान्य विविधता को उजागर करने के लिए बेहतर होते हैं।

उगने वाले बैक्टीरिया में, दो समूह लगभग हर स्थिति में बार-बार दिखाई दिए: अर्थ्रोबैक्टर (Arthrobacter) और स्यूडोअर्थ्रोबैक्टर (Pseudarthrobacter)। इस अध्ययन में पाए गए सबसे आम निवासी यही थे। हालाँकि, तापमान ने एक फिल्टर के रूप में भी कार्य किया। आठ डिग्री की ठंडी सेटिंग ही साइक्रोबैक्टर (Psychrobacter) और पोलारोमोनास (Polaromonas) जैसे कुछ ठंडे-पसंद समूहों को उगाने का एकमात्र तरीका थी, जो अत्यधिक ठंडे वातावरण में फलने-फूलने के लिए जाने जाते हैं। सैंतीस डिग्री की गर्म सेटिंग ने, हालांकि कुल मिलाकर कम बैक्टीरिया उगाए, बैसिलस (Bacillus) और स्टैफिलोकोकस (Staphylococcus) जैसे गर्मी-सहनशील प्रकारों को सफलतापूर्वक उगाया। यह पुष्टि करता है कि विभिन्न तापमान अलग-अलग चाबियों की तरह कार्य करते हैं, जो बैक्टीरिया के समुदाय के विभिन्न हिस्सों को अनलॉक करते हैं जो अन्यथा छिपे रहते।

अध्ययन ने यह भी रेखांकित किया कि मिट्टी का मूल स्रोत मायने रखता था। कीचड़ वाले, कार्बनिक-समृद्ध स्थल ने बैक्टीरिया की एक विस्तृत विविधता पैदा की, जिसमें कई ऐसे बैक्टीरिया शामिल थे जो पानी और जटिल कार्बनिक पदार्थों के टूटने से जुड़े हैं। जमी हुई पर्माफ्रॉस्ट मिट्टी ने बैक्टीरिया का एक अधिक समान संग्रह दिया, जो अर्थ्रोबैक्टर समूह के प्रभुत्व वाला था, जो उस वातावरण की कठोर, पोषक तत्वों की कमी वाली स्थितियों को दर्शाता है। यहाँ तक कि पेंगुइन की मिट्टी भी, जो पक्षियों के मल से पोषक तत्वों से समृद्ध है, उम्मीद से कम बैक्टीरिया पैदा कर पाई, जिससे पता चलता है कि अन्य कारक जैसे रासायनिक संरचना वहां क्या उग सकता है, इसे सीमित करते हैं।

अंततः, यह शोध प्रदर्शित करता है कि अंटार्कटिका के सूक्ष्मजीव जीवन को वास्तव में समझने के लिए, वैज्ञानिक केवल एक विधि पर भरोसा नहीं कर सकते। खाद्य स्रोतों और तापमानों की एक विस्तृत विविधता को जोड़कर, वे उन बैक्टीरिया का बहुत समृद्ध संग्रह प्राप्त करने में सक्षम हुए जो मानक तकनीकों द्वारा संभव नहीं होता। अब टीम के पास 373 जीवित बैक्टीरिया उपभेदों का एक पुस्तकालय है जिसका आगे अध्ययन किया जा सकता है। ये स्ट्रेन भविष्य के अनुसंधान के लिए एक वास्तविक, भौतिक संसाधन हैं कि जीवन अत्यधिक ठंड के अनुकूल कैसे होता है, ये बैक्टीरिया अपने पारिस्थितिकी तंत्र में कैसे कार्य करते हैं, और उनमें कौन सी अनूठी क्षमताएं हो सकती हैं। यह कार्य इस बात की पुष्टि करता है कि ध्रुवीय सूक्ष्मजीवों की अनदेखी दुनिया को खोजने का मार्ग उन स्थितियों की सीमा को बढ़ाने में निहित है जिनका उपयोग हम उन्हें प्रकाश में लाने के लिए करते हैं।