Comparative tentacle transcriptomics reveals candidate chemosensory receptors in the gray field slug Deroceras reticulatum

प्रत्येक जीवित प्राणी जो भूमि पर चलता है, उसे एक मौलिक समस्या को हल करना होता है: उच्च परिभाषा (हाई डेफिनेशन) में दुनिया को देखने या हवा के सूक्ष्म बदलावों को सुनने की क्षमता के बिना, भोजन कैसे खोजा जाए, खतरे से कैसे बचा जाए और साथी कैसे ढूंढा जाए। ग्रे फील्ड स्लग (gray field slug) के लिए, जो फसलों पर विनाश का निशान छोड़ने वाला एक सामान्य बागवानी कीट है, इसका उत्तर उसके सिर से बाहर निकले मांसल डंठलों के दो जोड़ों में निहित है। ये केवल साधारण स्पर्शक (feelers) नहीं हैं; ये परिष्कृत संवेदी अंग हैं। ऊपरी जोड़ी, जिसे पश्चवर्ती टेंटेकल्स (posterior tentacles) कहा जाता है, गंध के लिए हवा को सूंघने और प्रकाश का पता लगाने के लिए ऊपर की ओर पहुँचती है, जबकि निचली जोड़ी, जिसे अग्रवर्ती टेंटेकल्स (anterior tentacles) कहा जाता है, सतह का स्वाद लेने और कंपन को महसूस करने के लिए जमीन के करीब रहती है। हालांकि वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि ये संरचनाएं मौजूद हैं और अलग तरह से व्यवहार करती हैं, लेकिन इनके भीतर की आणविक मशीनरी—वे विशिष्ट प्रोटीन जो स्लग को गंध या स्पर्श को मस्तिष्क के संकेत में बदलने की अनुमति देते हैं—एक रहस्य बनी हुई है। इस मशीनरी को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि ये स्लग हर साल कृषि को अरबों डॉलर का नुकसान पहुँचाते हैं, और उन्हें रोकने के मौजूदा तरीकों में अक्सर ऐसे जहरों का उपयोग किया जाता है जो अन्य वन्यजीवों को भी नुकसान पहुँचाते हैं।

इस स्लग के संसार को समझने के रहस्यों को उजागर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने ट्रांसक्रिप्टोमिक्स (transcriptomics) नामक एक तकनीक का उपयोग किया, जो शरीर के एक विशिष्ट भाग के भीतर सक्रिय जीन के जनगणना (census) की तरह कार्य करती है। स्लग के संपूर्ण आनुवंशिक कोड को देखने के बजाय, जिसमें उसके शरीर की प्रत्येक कोशिका के लिए निर्देश होते हैं, टीम ने विशेष रूप से टेंटेकल्स पर ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने ओरेगन में पाए गए ग्रे फील्ड स्लग के ऊपरी और निचले टेंटेकल्स के साथ-साथ नियंत्रण (control) के रूप में स्लग की पीठ के मैंटल ऊतक (mantle tissue) के एक टुकड़े को एकत्र किया। इन तीन अलग-अलग क्षेत्रों से आरएनए (RNA) को अलग करके, जो प्रोटीन बनाने के निर्देशों को ले जाने वाला अणु है, वे देख सके कि बाकी शरीर के मुकाबले संवेदी अंगों में कौन से जीन सक्रिय थे। इस दृष्टिकोण ने उन्हें उस आणविक उपकरणों का एक विस्तृत मानचित्र बनाने की अनुमति दी जिसका उपयोग स्लग अपने वातावरण में नेविगेट करने के लिए करता है, जिससे दोनों जोड़ी टेंटेकल्स के बीच श्रम का एक स्पष्ट विभाजन प्रकट हुआ।

1,40,000 से अधिक जेनेटिक ट्रांसक्रिप्ट्स के विश्लेषण ने एक उल्लेखनीय विशेषज्ञता का खुलासा किया। ऊपरी टेंटेकल्स, जो हवा में उड़ने वाली गंध और प्रकाश का पता लगाने के लिए जिम्मेदार हैं, उन जीनों से भरी पाई गईं जो तंत्रिका संबंधी सिग्नलिंग और प्रकाश का पता लगाने वाले प्रोटीन का निर्माण करते हैं, जिनमें जी-प्रोटीन-कपल्ड रिसेप्टर्स (G protein-coupled receptors) की एक बड़ी संख्या शामिल है। ये रिसेप्टर्स कोशिका की सतह पर प्राथमिक सेंसर के रूप में कार्य करते हैं, जो हवा में तैरते रासायनिक संकेतों को पकड़ने के लिए तैयार रहते हैं। इसके विपरीत, निचली टेंटेकल्स, जो जमीन और भोजन को छूती हैं, एक अलग आनुवंशिक प्रोफाइल दिखाती हैं। वे संरचनात्मक परिवर्तनों में शामिल जीनों और एंजाइमों से समृद्ध थीं जो संपर्क के माध्यम से रसायनों को संसाधित करने में मदद करते हैं, जो यह सुझाव देता है कि वे दूर की गंध के बजाय सीधे स्पर्श और स्वाद पर आधारित एक अलग प्रकार की संवेदन प्रक्रिया के लिए बनी हैं। शोधकर्ताओं ने बड़ी संख्या में ऐसे जीन भी पहचाने जो दोनों प्रकार के टेंटेकल्स के बीच साझा किए गए थे लेकिन मैंटल ऊतक में अनुपस्थित थे, जो इस बात की पुष्टि करते हैं कि ये संरचनाएं संवेदी कार्यों के लिए विशिष्ट रूप से अनुकूलित हैं।

पहचाने गए हजारों जीनों में से, शोधकर्ताओं ने उन विशिष्ट उम्मीदवारों को खोजने पर ध्यान केंद्रित किया जो केमोसेंसेशन (chemosensation), या रसायनों का पता लगाने की क्षमता के लिए जिम्मेदार हैं। उन्होंने पाया कि जी-प्रोटीन-कपल्ड रिसेप्टर्स नामक प्रोटीनों का एक परिवार इसमें हावी था, जो उनके द्वारा पहचाने गए केमोसेंसरी जीनों के लगभग 93 प्रतिशत के बराबर था। केवल उन जीनों को खोजने के लिए डेटा को फिल्टर करते हुए जो टेंटेकल्स में अत्यधिक सक्रिय थे और शरीर के बाकी हिस्सों में नहीं थे, उन्होंने ऊपरी टेंटेकल्स के लिए 67 और निचले टेंटेकल्स के लिए 38 मजबूत उम्मीदवारों की सूची को सीमित कर दिया। इनमें से कई पहले से अज्ञात या "ऑर्फ़न" (orphan) रिसेप्टर्स थे, जिसका अर्थ है कि वैज्ञानिक अभी तक यह नहीं जानते कि वे विशिष्ट रूप से किन रसायनों का पता लगाते हैं। इन रिसेप्टर्स के अलावा, टीम ने अन्य प्रकार के प्रोटीन भी पाए, जैसे आयन चैनल जो कोशिकाओं को विद्युत परिवर्तनों के प्रति प्रतिक्रिया करने में मदद करते हैं और परिवहन प्रोटीन (transport proteins) जो संभवतः स्लग के म्यूकस (mucus) के माध्यम से रासायनिक संकेतों को ले जाने में मदद करते हैं। अपने निष्कर्षों की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने qRT-PCR नामक एक अन्य विधि का उपयोग करके इन जीनों के एक चयन का परीक्षण किया, जिसने पुष्टि की कि ये जीन वास्तव में उन्हीं विशिष्ट टेंटेकल्स में सबसे अधिक सक्रिय थे जहाँ उनकी भविष्यवाणी की गई थी।

अध्ययन यह सुझाव देता है कि ग्रे फील्ड स्लग ने अपने पर्यावरण को महसूस करने के लिए एक अत्यधिक परिष्कृत, दोहरी प्रणाली वाला दृष्टिकोण विकसित किया है, जिसमें प्रत्येक जोड़ी टेंटेकल एक विशिष्ट और विशेष भूमिका निभाती है। ऊपरी टेंटेकल्स स्लग की नाक और आंखों के रूप में कार्य करती हैं, जो दूर के संकेतों के लिए हवा को स्कैन करती हैं, जबकि निचली टेंटेकल्स उसके हाथों और जीभ के रूप में कार्य करती हैं, जो तत्काल सतह का विश्लेषण करती हैं। यह आणविक ब्लूप्रिंट यह समझने के लिए एक नया आधार प्रदान करता है कि ये कीट दुनिया के साथ कैसे अंतःक्रिया करते हैं। चूंकि पहचाने गए प्रोटीन स्लग की संवेदी कोशिकाओं की सतह पर स्थित हैं, वे नए, अधिक सटीक तरीकों से इन कीटों के प्रबंधन के लिए संभावित लक्ष्य (targets) का प्रतिनिधित्व करते हैं। व्यापक-स्पेक्ट्रम जहरों के बजाय, भविष्य की रणनीतियों को विशेष रूप से स्लग की भोजन सूंघने या साथी खोजने की क्षमता को बाधित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जो फसलों की सुरक्षा के लिए एक अधिक लक्षित और पर्यावरण के अनुकूल दृष्टिकोण प्रदान करेगा। शोधकर्ताओं ने अपने जेनेटिक डेटा को वैज्ञानिक समुदाय के लिए उपलब्ध करा दिया है, जिससे यह निर्धारित करने के लिए आगे के अध्ययन का मार्ग प्रशस्त हुआ है कि ये रिसेप्टर्स वास्तव में किन रसायनों का पता लगाते हैं और उन्हें इस निरंतर कृषि समस्या को नियंत्रित करने के लिए कैसे उपयोग किया जा सकता है।