Genomic and experimental evidence from Antarctic geothermal sites indicates diverse thermophiles are globally cosmopolitan
यह अध्ययन जीनोमिक और प्रयोगात्मक साक्ष्यों के माध्यम से इस धारणा को चुनौती देता है कि थर्मोफिलिक सूक्ष्मजीव प्रसार-सीमित (डिस्पर्सल-लिमिटेड) होते हैं, यह प्रदर्शित करते हुए कि अंटार्कटिक के पृथक भू-तापीय स्थलों से प्राप्त विविध थर्मोफाइल्स वैश्विक स्तर पर सर्वव्यापी हैं, तीव्र पुन: उपनिवेशीकरण में सक्षम हैं, और ज्वालामुखीय घटनाओं एवं वायुमंडलीय स्थितियों के माध्यम से प्रसारित हो सकते हैं।
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द दशकों से, वैज्ञानिकों ने अत्यधिक गर्मी में जीवन के बारे में एक विशिष्ट दृष्टिकोण बनाए रखा है। उनका मानना था कि उबलते गर्म झरनों और ज्वालामुखीय मिट्टी में पनपने वाले सूक्ष्मजीव अपने ही अलग-थलग गर्म जेबों में फंसे द्वीपवासियों की तरह थे। क्योंकि ये वातावरण दुनिया भर में बिखरे हुए हैं और ठंडे, निर्जन क्षेत्रों द्वारा अलग किए गए हैं, यह माना जाता था कि इन गर्म स्थानों में रहने वाले गर्मी से प्यार करने वाले सूक्ष्मजीव एक स्थान से दूसरे स्थान तक यात्रा नहीं कर सकते। प्रचलित सिद्धांत ने सुझाव दिया कि कठोर, सुप्त बीजाणुओं (स्पोर्स) को बनाने की क्षमता के बिना, जो उनकी यात्रा में जीवित रहने में मदद कर सकें, ये जीव वहीं फंस जाते जहाँ से वे शुरू हुए थे, और अलग-थलग विकसित होते रहते थे। यह विचार तर्कसंगत लगता था: यदि आप खुले वातावरण की ठंड, शुष्कता या तीव्र पराबैंगनी प्रकाश में जीवित नहीं रह सकते, तो आप एक नए गर्म झरने को खोजने के लिए समुद्र या महाद्वीप को पार नहीं कर सकते।
हालाँकि, एक नया अध्ययन इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देता है, जो पृथ्वी के सबसे अलग-थलग गर्म स्थानों की ओर देखता है: अंटार्कटिका में ज्वालामुखियों के आसपास की भू-तापीय मिट्टी। ये स्थल बर्फ और बर्फ से घिरे हुए हैं, जो अन्य गर्म स्थानों से बहुत दूर हैं, जो इस बात का परीक्षण करने के लिए एक आदर्श मामला बनाते हैं कि क्या गर्मी से प्यार करने वाला जीवन वास्तव में फंसा हुआ है। उन सूक्ष्मजीवों के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट की जांच करके और कठोर परिस्थितियों में उनके जीवित रहने की क्षमता का परीक्षण करके, शोधकर्ताओं ने पाया है कि इनमें से कई जीव स्थानीय निवासी नहीं हैं। इसके बजाय, वे वैश्विक यात्री प्रतीत होते हैं, जो दुनिया भर में यात्रा करने और नए, दूरस्थ गर्म मिट्टी में बसने में सक्षम हैं, जो इस विचार को चुनौती देते हैं कि अत्यधिक गर्मी पसंद करने वाले जीव स्वाभाविक रूप से एक ही स्थान पर फंसे रहते हैं।
न्यूजीलैंड और संयुक्त राज्य अमेरिका के वैज्ञानिकों के नेतृत्व में शोध टीम ने अंटार्कटिका में चार विशिष्ट भू-तापीय स्थलों पर ध्यान केंद्रित किया, जिसमें ग्रह का सबसे दक्षिणी सक्रिय ज्वालामुखी, प्रसिद्ध माउंट एरेबस भी शामिल है। उन्होंने इन गर्म पैचों से मिट्टी के नमूने एकत्र किए और इन सूक्ष्मजीवों के जीनोम को पुनर्गठित करने के लिए उन्नत जेनेटिक सीक्वेंसिंग का उपयोग किया। फिर उन्होंने इन आनुवंशिक प्रोफाइलों की तुलना दुनिया के अन्य गर्म वातावरणों से प्राप्त सूक्ष्मजीव डीएनए के एक विशाल वैश्विक डेटाबेस के साथ की। परिणाम आश्चर्यजनक थे। उन्होंने पाया कि इन अलग-थलग अंटार्कटिक स्थलों के गर्मी से प्यार करने वाले सूक्ष्मजीवों में से लगभग दो-तिहाई के आनुवंशिक मिलान दुनिया के अन्य हिस्सों में पाए गए, जैसे कि संयुक्त राज्य अमेरिका के गर्म झरनों से लेकर दक्षिण अमेरिका की मिट्टी तक। यह सुझाव देता है कि ये जीव अंटarktica के अनूठे निवासी नहीं हैं बल्कि एक व्यापक, वैश्विक आबादी का हिस्सा हैं जो महाद्वीपों के बीच घूमती है।
इन सूक्ष्मजीवों को यह समझने के लिए कि वे आकाश के माध्यम से इतनी लंबी यात्रा के दौरान कैसे जीवित रह सकते हैं, शोधकर्ताओं ने इन तीन अंटार्कटिक सूक्ष्मजीवों को प्रयोगशाला में लिया। उन्होंने संस्कृतियों को आकाश के माध्यम से यात्रा करने वाली स्थितियों के अनुरूप बनाया: अत्यधिक ठंड, भोजन की पूर्ण कमी, सूख जाना और तीव्र पराबैgetनी विकिरण। परिणामों ने दिखाया कि ये सूक्ष्मजीव उम्मीद से कहीं अधिक सख्त थे। जबकि पराबैंगनी प्रकाश सबसे हानिकारक कारक था, जिसने कई कोशिकाओं को मार दिया, जनसंख्या का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हफ्तों तक ठंड और सूखने की स्थिति में जीवित रहा। एक सूक्ष्मजीव, जो जियोबैसिलस (Geobacillus) का एक प्रकार है, बीजाणु बनाने में भी सक्षम था, जिसने एक ढाल के रूप में कार्य किया, जिससे वह सबसे कठोर विकिरण को सहने में सक्षम हुआ। अन्य, जो बीजाणु नहीं बनाते हैं, फिर भी उच्च लचीलेपन के साथ जीवित रहने में सफल रहे, जो बताता है कि उनके पास अपना स्वयं का जैविक कवच है, जैसे कि सुरक्षात्मक डीएनए मरम्मत तंत्र या वर्णक (पिगमेंट) का उच्च स्तर जो उन्हें सूर्य से बचाता है।
अध्ययन ने इस पर भी गौर किया कि ये सूक्ष्मजीव हवा में कैसे पहुँचते हैं। शोधकर्ताओं ने माउंट एरेबस के पास एक ग्लेशियर से निकाली गई बर्फ के कोर (ice cores) की जांच की, जिसमें ज्वालामुखीय राख की परतें थीं, जिसे टेफ्रा (tephra) कहा जाता है, जो विस्फोट के दौरान जमा होती है। उन्होंने पाया कि राख की ये परतें गर्मी से प्यार करने वाले सूक्ष्मजीवों से समृद्ध थीं, जिनमें से कई आसपास की बर्फ में मौजूद नहीं थे। यह इंगित करता है कि जब एक ज्वालामुखी फटता है, तो वह एक विशाल लिफ्ट की तरह कार्य करता है, जो मिट्टी और सूक्ष्मजीवों को वायुमंडल में बहुत ऊपर उछाल देता है जहाँ वे हवा के साथ यात्रा कर सकते हैं और लंबी दूरी तय कर सकते हैं। इसके अलावा, टीम ने माउंट एरेबस की गर्म मिट्टी से सीधे हवा के नमूने एकत्र किए और पाया कि गर्मी से प्यार करने वाले सूक्ष्मजीव पहले से ही ज्वालामुखी के ऊपर हवा में तैर रहे थे, जो हवा द्वारा बहा ले जाने के लिए तैयार थे।
यह परीक्षण करने के लिए कि ये सूक्ष्मजीव कितनी तेज़ी से एक नए क्षेत्र को पुन: बसा सकते हैं, शोधकर्ताओं ने हवाई के एक ऐसे स्थल को देखा जिसे चार साल पहले लावा प्रवाह द्वारा पूरी तरह से जीवाणुहीन (sterilized) कर दिया गया था। उन्होंने पाया कि वहाँ की गर्म मिट्टी में पहले से ही कई गर्मी से प्यार करने वाले सूक्ष्मजीव मौजूद थे जो दुनिया के अन्य हिस्सों में पाए जाने वाले उपभेदों (strains) के आनुवंशिक रूप से समान थे। एक ताज़ा जीवाणुहीन स्थल पर विशिष्ट वैश्विक उपभेदों की यह त्वरित वापसी यह सुझाव देती है कि प्रसार कोई दुर्लभ, एक-लाखों-में-एक घटना नहीं है, बल्कि एक नियमित घटना है जो वर्षों के पैमाने पर होती है। जो सूक्ष्मजीव आए थे वे केवल वे नहीं थे जो बीजाणु बना सकते थे; कई गैर-बीजाणु बनाने वाले प्रकार के थे जो दुनिया के दूरस्थ स्थानों से आए थे, संभवतः प्रशांत महासागर के माध्यम से।
शोधकर्ताओं ने विशिष्ट लक्षणों की पहचान की जो इन सूक्ष्मजीवों को यात्रा में जीवित रहने में मदद करते प्रतीत होते हैं। उन्होंने पाया कि वैश्विक यात्रियों के डीएनए में कुछ रासायनिक निर्माण खंडों का अनुपात अधिक था, जो सूर्य की रोशनी से होने वाले नुकसान से बचाने में मदद कर सकता है। उन्होंने यह भी पाया कि कई वैश्विक यात्रियों में ऐसे जीन थे जो उन्हें हवा में पाए जाने वाली गैसों को खाने की अनुमति देते थे, जिससे उन्हें आकाश में तैरते समय ऊर्जा का एक स्रोत मिलता था। इसके अतिरिक्त, वैश्विक यात्रियों के पास तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला में बढ़ने की क्षमता थी, जिसमें ठंडे, मध्यम तापमान भी शामिल थे, जो उन्हें एक नया गर्म स्थान खोजने से पहले ठंडी यात्रा में जीवित रहने में मदद करता था।
यह कार्य पृथ्वी पर जीवन के प्रसार के बारे में हमारी समझ को मौलिक रूप से बदल देता है। यह दिखाता है कि अत्यधिक गर्मी में रहने की क्षमता का अर्थ यह नहीं है कि कोई जीव एक ही स्थान पर फंसा हुआ है। इसके बजाय, कई गर्मी से प्यार करने वाले सूक्ष्मजीवों ने वायुमंडल की कठोर परिस्थितियों में जीवित रहने के लिए आवश्यक उपकरण विकसित किए हैं, जिससे वे लंबी दूरी तय करने और नए वातावरण को बसाने में सक्षम हुए हैं। अध्ययन सुझाव देता है कि गर्मी से प्यार करने वाले जीवन की दुनिया पहले की तुलना में कहीं अधिक जुड़ी हुई है, जहाँ सूक्ष्मजीव लगातार दुनिया के अलग-थलग गर्म झरनों के बीच घूमते रहते हैं, जिन्हें हवा और कभी-कभार होने वाले ज्वालामुखीय विस्फोटों द्वारा ले जाया जाता है। हालांकि यह अध्ययन यह साबित नहीं करता है कि हर एक गर्मी से प्यार करने वाला सूक्ष्मजीव एक वैश्विक यात्री है, लेकिन यह इस बात के पुख्ता सबूत प्रदान करता है कि उनमें से एक महत्वपूर्ण हिस्सा ऐसा है, जो पृथ्वी के सबसे चरम वातावरणों में जीवन के प्रसार के नियमों को फिर से लिख रहा है।
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