एक अरब साल में एक बार होने वाली विकासवादी घटना: दो जीवों का विलय

 (newatlas.com)
2 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-04-21 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • शैवाल Braarudosphaera bigelowii के भीतर cyanobacteria UCYN-A को कोशिका के अंदर रखकर एक organelle की तरह इस्तेमाल करने का मामला पुष्टि हुआ है, और इसे दुर्लभ प्राथमिक endosymbiosis की प्रगति के उदाहरण के रूप में देखा जा रहा है
  • प्राथमिक endosymbiosis वह प्रक्रिया है जिसमें एक सूक्ष्मजीव दूसरे सूक्ष्मजीव को निगलने के बाद उसे आंतरिक अंग की तरह इस्तेमाल करता है, और समय के साथ वह सहजीवी अपनी स्वतंत्र रूप से जीवित रहने की क्षमता खोकर cell organelle बन जाता है
  • पृथ्वी पर जीवन के लगभग 4 अरब वर्ष के इतिहास में इसके ज्ञात बड़े उदाहरण केवल लगभग 2.2 अरब वर्ष पहले mitochondria और लगभग 1.6 अरब वर्ष पहले chloroplast के बनने के हैं, और ये क्रमशः जटिल जीवन तथा पौधों के विकास के बड़े मोड़ बने
  • UCYN-A में host शैवाल के साथ आकार अनुपात, metabolism और cell division का गहरा तालमेल दिखता है, और आवश्यक प्रोटीनों में से लगभग आधे के लिए वह host पर निर्भर है, इसलिए इसे nitroplast नामक cell organelle माना जा रहा है
  • nitroplast पर शोध आगे चलकर पौधों में nitrogen fixation क्षमता लाने का रास्ता खोल सकता है, इसलिए दीर्घकाल में फसलों के सुधार को ध्यान में रखकर इस पर अध्ययन किया जा रहा है

फिर से देखा गया प्राथमिक endosymbiosis

  • वैज्ञानिकों ने एक ऐसा मामला पहचाना है जिसमें दो जीव एक ही organism में मिलते जा रहे हैं और यह विकासवादी घटना अभी प्रगति पर है
  • इसका विषय शैवाल Braarudosphaera bigelowii और cyanobacteria UCYN-A हैं
  • UCYN-A शैवाल को वह काम करने में सक्षम बनाता है जो वह सामान्यतः नहीं कर पाता
    • हवा में मौजूद नाइट्रोजन को सीधे fix करता है
    • नाइट्रोजन को दूसरे तत्वों के साथ जोड़कर अधिक उपयोगी यौगिक बनाता है

endosymbiosis से organelle बनने की प्रक्रिया

  • प्राथमिक endosymbiosis(primary endosymbiosis) वह घटना है जिसमें एक सूक्ष्मजीव दूसरे सूक्ष्मजीव को निगलकर उसे अंदरूनी अंग की तरह इस्तेमाल करता है
  • host cell सहजीवी को पोषक तत्व, ऊर्जा और सुरक्षा जैसे लाभ देता है
  • समय के साथ सहजीवी स्वतंत्र रूप से जीवित नहीं रह पाता और सूक्ष्मजीव कोशिका के भीतर cell organelle(organelle) की तरह स्थापित हो जाता है

mitochondria और chloroplast ने बनाए पहले के बड़े मोड़

  • पृथ्वी पर जीवन के लगभग 4 अरब वर्ष के इतिहास में ज्ञात प्राथमिक endosymbiosis केवल दो बार हुआ माना जाता है
  • पहला मामला लगभग 2.2 अरब वर्ष पहले हुआ
    • एक archaea ने एक bacteria को निगला
    • यही bacteria mitochondria बना
    • ऊर्जा उत्पादन में विशेषज्ञ mitochondria ने जटिल जीवों के विकास को संभव बनाया
  • दूसरा मामला लगभग 1.6 अरब वर्ष पहले हुआ
    • अधिक विकसित कोशिका ने ऐसे cyanobacteria को अवशोषित किया जो सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा प्राप्त कर सकता था
    • वही cyanobacteria chloroplast बना
    • chloroplast ने पौधों को सूर्यप्रकाश के उपयोग की क्षमता और हरा रंग दिया

B. bigelowii और UCYN-A का संयोजन खास क्यों है

  • पौधे और शैवाल आम तौर पर nitrogen पाने के लिए अलग बैक्टीरिया के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं
  • शुरू में माना गया था कि B. bigelowii का UCYN-A के साथ भी ऐसा ही अलग सहजीवी संबंध है
  • लेकिन अधिक विस्तृत जांच में दोनों जीवों के बीच संबंध कहीं अधिक घनिष्ठ होने के प्रमाण मिले

UCYN-A को nitroplast मानने के आधार

  • एक शोध दल ने पाया कि शैवाल और UCYN-A का आकार अनुपात संबंधित शैवाल प्रजातियों में भी लगभग समान बना रहता है
    • लगता है कि उनकी वृद्धि प्रक्रिया पोषक तत्वों के आदान-प्रदान से नियंत्रित होती है
    • यह उसी तरह है जैसे mitochondria और chloroplast कोशिका के आकार के अनुसार समायोजित होते हैं
  • बाद के अध्ययन में शक्तिशाली X-ray imaging तकनीक से जीवित शैवाल कोशिकाओं के भीतर देखा गया
    • host और सहजीवी की replication तथा cell division समकालिक हैं
    • यह प्राथमिक endosymbiosis के सक्रिय होने का अतिरिक्त प्रमाण है
  • शोध टीम ने अलग किए गए UCYN-A और शैवाल कोशिका के भीतर मौजूद UCYN-A के प्रोटीनों की तुलना की
    • अलग किया गया UCYN-A आवश्यक प्रोटीनों में से केवल लगभग आधे ही स्वयं बना सकता है
    • बाकी host शैवाल को उपलब्ध कराने पड़ते हैं
    • यह वह विशेषता है जो endosymbiont के organelle बनने की दिशा में दिखती है
  • UCYN-A को nitroplast नाम का एक पूर्ण organelle माना गया है
  • nitroplast का विकास लगभग 10 करोड़ वर्ष पहले शुरू हुआ लगता है, जो mitochondria और chloroplast की तुलना में बहुत कम समय है

पौधों में nitrogen fixation तक पहुंचने की संभावना

  • शोधकर्ता यह अध्ययन जारी रखने वाले हैं कि nitroplast अन्य कोशिकाओं में भी मौजूद है या नहीं और उसका प्रभाव क्या है
  • संभावित लाभों में से एक यह है कि यह पौधों में nitrogen fixation क्षमता लाने का नया रास्ता दे सकता है
  • इस क्षमता का उपयोग बेहतर फसलें उगाने में किया जा सकता है
  • यह शोध Cell00182-X.pdf) और Science में प्रकाशित हुआ है

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-04-21
Hacker News की राय

  • मैंने हाई स्कूल में 3 साल biology पढ़ी, लेकिन समझ नहीं आता कि यह क्यों नहीं बताया गया कि एक जीव द्वारा दूसरे जीव को absorb कर लेना ऐसी अद्भुत क्षमताओं की शुरुआत बना
    mitochondria और chloroplasts के बारे में पढ़ा था, पर बहुत सूखे अंदाज़ में
    अगर ऐसा context साथ में बताया जाए, तो primary और secondary education बच्चों के लिए कहीं ज़्यादा दिलचस्प हो सकती है

    • इसी संदर्भ में यह लेख भी पढ़ने लायक है: https://jsomers.net/i-should-have-loved-biology/
    • इस पर निर्भर करता है कि आपने कब पढ़ा था
      endosymbiotic origin theory में 2000s तक भी संबंधित कड़ियाँ लगातार स्पष्ट की जा रही थीं
      https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origin-of-mito...
    • मुझे याद है कि पुराने 10th grade biology class में mitochondria और chloroplasts के बारे में यह बात पढ़ी थी
      हालांकि अगर अब अपने हाई स्कूल के classmates से पूछूं, तो उस class की बात याद होने की संभावना शायद fifty-fifty होगी
      cell organelles पढ़ते समय मिली किसी भी जानकारी के लिए यही सच है, और शायद cell organelle शब्द याद है या नहीं, यह भी fifty-fifty होगा
      अगर article के बिना पूछता, तो वे यह भी नहीं बता पाते कि ये घटनाएँ लगभग कब हुई थीं
      फिर भी पुराने classmates में से लगभग सभी को शायद “powerhouse of the cell” meme याद होगा
    • 25 overstimulated students, 45-minute class और कम वेतन वाले teacher की स्थिति में इसे दिलचस्प बनाना बस असंभव है
    • जानना चाहूंगा कि क्या स्कूल में यह भी पढ़ाया गया था कि mitochondria का अपना DNA होता है
      और क्योंकि हमारे mitochondria egg cell से आते हैं, इसलिए mitochondrial DNA हमेशा मां के mitochondria से आता है
      या फिर आपने Parasite Eve खेला होगा [0]
      [0] https://en.wikipedia.org/wiki/Parasite_Eve_(video_game)#Plot

  • पहली symbiosis घटना दूसरी या तीसरी से कम से कम दस लाख गुना ज़्यादा कठिन थी
    शुरुआत में host के सामने symbiont के जीवन और मृत्यु की प्रक्रिया में बनने वाले DNA और RNA को handle करने की बेहद कठिन चुनौती थी
    host को जीवित रहने के लिए cell nucleus और sexual reproduction जैसी चीज़ें evolve करनी पड़ीं, और symbiont से आए selfish genetic elements के कारण सभी genes के क्षतिग्रस्त होने की स्थिति से निपटने के लिए alternative splicing भी जरूरी थी
    बाद में symbiont को integrate करना अब भी मुश्किल है, लेकिन उस पहले step जितना नहीं
    eukaryotes की उत्पत्ति तक ले जाने वाली पहली symbiosis 1 अरब साल में एक बार नहीं, बल्कि 1 ट्रिलियन साल में एक बार, या 10^20 साल में एक बार से भी दुर्लभ घटना हो सकती है
    इसका मतलब हो सकता है कि simple life वाले 1 अरब ग्रहों में सिर्फ एक ही animal जैसी complex life “बना” पाता है, और यह Fermi paradox की ओर ले जाने वाला Great Filter हो सकता है

    • मैं भी धीरे-धीरे इसे इसी तरह देखने लगा हूं
      Great Filter शायद वह है जिसे हम पहले ही पार कर चुके हैं, क्योंकि आज हमें यहां तक लाने वाली constraints का combination अविश्वसनीय रूप से दुर्लभ रहा हो सकता है
      एक और बेहद कम probability वाली घटना abstract intelligence का विकास हो सकती है
      हमारी तरह की intelligence को evolutionary advantage बनाने वाली परिस्थितियां खास तौर पर अनोखी लगती हैं: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK210002/

  • title देखकर लगता है जैसे यह पिछले हफ्ते हुआ हो, लेकिन वास्तव में यह 10 करोड़ साल पहले हुआ था और हमें अभी पता चला है

    • राहत की बात है
      अगर यह अभी-अभी बनी कोई नई species लगती, तो बहुत डरावना होता
      मैंने कल्पना कर ली थी कि ऐसी species हमारे ecosystem पर हावी होकर chaos पैदा करेगी, और आखिर में नया balance, नए winners और नई dominant species सामने आएगी
    • धन्यवाद
      मुझे शक हो रहा था कि इतनी दुर्लभ घटना होते समय ठीक microscope से देख रहे होने की probability कितनी होगी
      तो अगर article में यह नहीं बताया गया, तो शायद नतीजतन अभी तक कुछ बहुत interesting नहीं हुआ है
    • यह पिछले हफ्ते भी हुआ हो सकता है
    • evolutionary timescale पर 10 करोड़ साल पहले लगभग पिछले हफ्ते जैसा ही है
    • यह कोई instantaneous घटना भी नहीं थी
      अगर symbiotic relationship 10 करोड़ साल पहले पहली बार develop होना शुरू हुई थी, तो bacteria को host algal cell पर पूरी तरह dependent cell organelle बनने में यह पूरा समय लगा हो सकता है

  • जिस algae की बात हो रही है, उसे देखना अच्छा है: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Braarudosphaera_bigelowii
    यह खुद को बारह pentagonal plates से घेरकर एक perfect regular dodecahedron बनाता है
    सच में अविश्वसनीय रूप से शानदार organism है

    • वाह, यह Stargate से निकला हुआ लगता है
      इतनी sharp edges वाली natural और organic structure होना विश्वास करना मुश्किल है
    • diatoms silicon dioxide skeletons बनाते हैं, और छोटे space probes जैसे दिखते हैं
      https://paleonerdish.wordpress.com/2013/06/10/an-introductio...
      https://www.mediastorehouse.com/science-photo-library/diatom...
    • कहें तो इनके पास D12 exoskeleton है
    • Volvox भी दिखने में शानदार होता है

  • ये प्राथमिक स्रोत हैं
    [1] https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(24)00182-X.pdf
    [2] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38603509/
    LBL की प्रेस रिलीज़ भी है
    [3] https://newscenter.lbl.gov/2024/04/17/scientists-discover-fi...
    [1] open access में उपलब्ध है

  • क्या यह ज्यादा संभव है कि यह अरब साल में एक बार होने वाली घटना है और संयोग से हमने ठीक उसका नमूना पकड़ लिया, या फिर यह कहीं ज्यादा बार होती है और हमने बस ऐसा एक उदाहरण देखा है जो आम तौर पर बताए जाने वाले मामलों जितना प्रभावशाली या यादगार नहीं होता?
    सनसनीखेज़ रिपोर्टिंग हद से ज्यादा है

    • यह खास मामला 10 करोड़ साल पहले शुरू हुआ था, इसलिए ऐसा नहीं कि हम संयोग से सही जगह और सही पल पर मौजूद थे
      symbiogenesis के ज्ञात उदाहरण सिर्फ दो हैं—mitochondria और plastid, जिनमें chloroplast भी शामिल है—इसलिए “अरब साल में एक बार” कहना कुछ हद तक उचित ठहरता है
      दूसरे मामलों पर भी संदेह किया जा रहा है: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis
      endosymbiont के कई ज्ञात उदाहरण हैं
      ये अलग जीव होते हैं जो किसी दूसरे जीव के शरीर या कोशिका के अंदर रहते हैं, और symbiogenesis की पूर्व-शर्त होते हैं
      https://en.wikipedia.org/wiki/Endosymbiont
    • “कुल मिलाकर, शोध टीम का कहना है कि यह दिखाता है कि यह nitroplast नाम दिया गया एक पूर्ण organelle है। लगता है कि इसका विकास लगभग 10 करोड़ साल पहले शुरू हुआ था, जो अविश्वसनीय रूप से लंबा समय लगता है, लेकिन mitochondria और chloroplast की तुलना में यह पलक झपकने जैसा है।”
      यह किसी laboratory Petri dish में नहीं, बल्कि 10 करोड़ साल पहले हुआ था
    • जीवन के इतिहास में यह सचमुच सिर्फ कुछ ही बार हुआ है, और कम से कम जो टिक पाए वे तो कुछ ही हैं
      हालांकि शीर्षक में थोड़ी काट-छांट की जरूरत है

  • primary endosymbiosis इतनी दुर्लभ है, इस दावे पर मुझे ठीक से भरोसा नहीं होता
    लगभग सभी कीटों में विरासत में मिलने वाले endosymbiont होते हैं: https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00046

    • वह endosymbiosis का एक अलग अर्थ है, जो ज्यादा व्यापक स्तर पर इस्तेमाल होता है
      यहां बात cellular-level endosymbiosis की है
      gut bacteria होना और उसका molecular level पर कोशिका के भीतर integrate होकर organelle बन जाना एक ही बात नहीं है
      हालांकि media hype को लेकर शक सही ही है
      इस तरह की endosymbiosis के primary और secondary दोनों के दूसरे जाने-पहचाने उदाहरण हैं
      शायद यह cyanobacteria के साथ primary symbiosis न हो, लेकिन जिन दूसरे मामलों को हम पहले से जानते हैं, उनकी तुलना में समझ या हैरानी के लिहाज से इसे कोई बहुत बड़ा “वैज्ञानिक leap” कहना मुश्किल है
      विडंबना यह है कि कीटों के gut symbionts में भी ऐसी cellular-level symbiosis दिखती है, और सबसे चरम उदाहरण शायद Mixotricha paradoxa होगा: https://en.wikipedia.org/wiki/Mixotricha_paradoxa
      Hatena arenicola https://en.wikipedia.org/wiki/Hatena_arenicola इस खोज से बहुत मिलती-जुलती है, लेकिन इसमें cyanobacteria नहीं बल्कि algae शामिल हैं, इसलिए यह secondary endosymbiosis है, और शायद इससे भी ज्यादा रोचक और अजीब हो सकती है
      हमें Smybiodinium के genome में भी endosymbiotic capture की कई घटनाओं का पता है; कुछ algae के साथ secondary symbiosis थीं और कुछ के bacteria के साथ primary symbiosis होने की भी काफी संभावना है: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiodinium

  • बेहतर स्रोत यहां पोस्ट किया गया था, लेकिन कोई चर्चा नहीं है: https://news.ycombinator.com/item?id=40101317