जीवन की परिभाषा को चुनौती देने वाली न्यूनतम कोशिका

• अत्यंत संकुचित genome वाला एक एककोशिकीय जीव खोजा गया है, जिसे जीवन की परिभाषा पर फिर से विचार करने लायक उदाहरण माना जा रहा है
• इस सूक्ष्मजीव ने metabolism से जुड़े अधिकांश genes खो दिए हैं, इसलिए यह स्वयं पोषक तत्वों को संसाधित नहीं कर सकता, न ही बढ़ सकता है, और पूरी तरह host cell पर निर्भर है
• शोधकर्ताओं ने इस archaeon का नाम Candidatus Sukunaarchaeum mirabile रखा है, और इसका 238,000 base-pair का वृत्ताकार genome है
• यह जीव self-replication के लिए आवश्यक न्यूनतम genes ही बनाए रखता है; ribosome जैसे बुनियादी expression तंत्र तो हैं, लेकिन metabolic functions लगभग नहीं के बराबर हैं
• यह खोज कोशिकीय जीवन की न्यूनतम सीमा और विविधता की समझ को आगे बढ़ाती है और जीवन तथा निर्जीव के बीच की सीमा पर फिर से विचार करने को प्रेरित करती है

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जीवन की बुनियादी संरचना और नई खोज

• कोशिका जीवन की मूल इकाई है, और metabolism, growth, तथा genetic material की replication को इसकी प्रमुख कार्यक्षमताएँ माना जाता है
  • लेकिन इस बार खोजी गई कोशिका में इनमें से अधिकांश क्षमताएँ अनुपस्थित हैं
• इस जीव का genome अत्यंत छोटा है, और metabolism से जुड़े genes लगभग गायब हो चुके हैं
  • यह स्वयं पोषक तत्वों को संसाधित नहीं कर सकता, न ही बढ़ सकता है, और host या cellular community पर निर्भर रहना पड़ता है
• शोधकर्ताओं का कहना है कि यह जीव जीवन की मौजूदा परिभाषा को चुनौती देने वाला उदाहरण है
  • यह दिखाता है कि “metabolism के बिना भी एक कोशिका अस्तित्व में हो सकती है”

अति-लघु genome की पुष्टि की प्रक्रिया

• शोध टीम ने प्रशांत महासागर के समुद्री जल से Citharistes regius नामक एक dinoflagellate एकत्र कर उसका विश्लेषण किया
  • इस शैवाल के भीतर symbiotic cyanobacteria मौजूद थे
• genome analysis के दौरान एक नए archaeon का DNA sequence मिला
  • इसकी लंबाई 238,000 base pairs थी, जो पहले ज्ञात न्यूनतम archaeon (Nanoarchaeum equitans) के लगभग आधे के बराबर है
• कई तकनीकों और software के ज़रिए दोबारा जाँच करने पर यह एक पूर्ण वृत्ताकार genome निकला
• इस नए जीव का नाम Candidatus Sukunaarchaeum mirabile रखा गया
  • यह नाम जापानी मिथक के बौने देवता ‘Sukunabikona’ और लैटिन शब्द ‘अद्भुत/विचित्र’ के संयोजन से बना है

अर्ध-जीवों का स्पेक्ट्रम

• Sukunaarchaeum में replication से जुड़े proteins की केवल न्यूनतम संख्या बची है
  • metabolism से जुड़े genes लगभग पूरी तरह अनुपस्थित हैं
• यह DPANN archaea समूह से संबंधित है, जिनके बारे में आम तौर पर माना जाता है कि वे host cell की सतह से चिपके रहने वाले symbionts होते हैं
  • लेकिन Sukunaarchaeum में इन सबमें सबसे अधिक संकुचित genome पाया गया है
• कुछ शोधकर्ताओं का मानना है कि इस जीव में parasitic प्रवृत्ति हो सकती है
  • यह host को metabolic products नहीं देता, बल्कि उससे एकतरफ़ा संसाधन लेता है
• अन्य ultra-small bacteria, जैसे Carsonella ruddii, का genome इससे भी छोटा है, लेकिन वे host के लिए metabolic functions बनाए रखते हैं
  • इसके विपरीत Sukunaarchaeum ने replication function बचाकर metabolism function खो दिए हैं
• virus से अलग, इसमें ribosome जैसे gene-expression उपकरण स्वयं मौजूद हैं
  • इसलिए virus से इसका मूलभूत अंतर है

जीवन की परिभाषा पर बहस

• शोधकर्ताओं के अनुसार Sukunaarchaeum का स्वतंत्र रूप से जीवित रहना संभव नहीं है
  • लेकिन cell organelles, जैसे mitochondria, भी स्वतंत्र रूप से नहीं जी सकते; इस वजह से जीवन की परिभाषा की सीमा धुंधली हो जाती है
• यह खोज “किस बिंदु से किसी चीज़ को जीवन कहा जा सकता है” जैसे दार्शनिक और जैविक प्रश्न उठाती है

अज्ञात न्यूनतम जीवन-रूप

• Sukunaarchaeum के genome का बड़ा हिस्सा ज्ञात sequences से मेल नहीं खाता
  • यह बड़े proteins को encode करता है और संभव है कि host के साथ interaction में भूमिका निभाता हो
• इसका वास्तविक host C. regius है या कोई दूसरा archaeon, यह अब तक स्पष्ट नहीं है
  • यह भी अज्ञात है कि यह बाहरी रूप से चिपकने वाला है या आंतरिक symbiont
• कुछ शोधकर्ताओं ने संभावना जताई है कि तेज़ evolution के कारण metabolic genes की पहचान मुश्किल हो गई हो
• मौजूदा analysis methods ऐसे अति-लघु genomes को अपूर्ण डेटा मानकर बाहर कर सकते हैं
  • इसलिए संभव है कि ऐसे मिलते-जुलते जीव पहले से मौजूद हों, लेकिन नज़रअंदाज़ कर दिए गए हों
• दुनिया भर के marine databases में खोज करने पर समान sequence नहीं मिला, लेकिन कई मिलते-जुलते sequences पाए गए
  • संभव है कि Sukunaarchaeum विशाल microbial diversity का सिर्फ़ एक हिस्सा हो
  • सूक्ष्मजीव एक-दूसरे पर परजीवी बनकर जटिल पारिस्थितिक संबंधों का जाल बना रहे हैं

[GN⁺]

Hacker News राय

• यह खोज वाकई प्रभावशाली है। हालांकि, यह सबसे छोटे archaeal genome की बात है, पूरे bacteria में सबसे छोटे की नहीं
  पेपर में C. ruddii (159k base pairs) का ज़िक्र है, लेकिन Nasuia deltocephalinicola 112k base pairs के साथ ज्ञात सबसे छोटा bacterial genome लगता है

  • दिलचस्प बात यह है कि दूसरे अति-सूक्ष्म जीव अपने host के लिए metabolic products बनाते हैं, लेकिन स्वतंत्र रूप से प्रजनन नहीं कर सकते
    इसके विपरीत, इस बार खोजा गया Sukunaarchaeum केवल self-replication के लिए ज़रूरी proteins बनाता है और host के लिए इसकी कार्यक्षमता लगभग नहीं के बराबर है
    यानी 238kbp genome केवल replication के लिए ज़रूरी न्यूनतम proteins को encode करता है, और metabolism से जुड़े genes लगभग नहीं हैं
    जबकि 159kbp bacteria में host के लिए amino acid·vitamin synthesis genes मौजूद हैं
  • विस्तार से देखें तो archaea, bacteria से मिलते-जुलते हैं, लेकिन वे पूरी तरह अलग biological domain में आते हैं
  • 112k base pairs का संयोगवश किसी अर्थपूर्ण संयोजन के रूप में बन जाना लगभग शून्य संभावना जैसा है
    जीवन की उत्पत्ति को लेकर कई परिकल्पनाएँ हैं, लेकिन यह भी संभव है कि आधुनिक जीवन ने उस पर्यावरण को पहले ही ‘खा लिया हो’
    या फिर panspermia जैसी और भी मूलभूत परिकल्पनाओं पर विचार किया जा सकता है

• यह सवाल उठता है कि क्या replication जीवन की सबसे महत्वपूर्ण metabolic activity नहीं है
  Sukunaarchaeum स्वयं पोषक तत्व synthesize नहीं कर सकता और न ही बढ़ सकता है, लेकिन replication के लिए ज़रूरी genes बनाए रखता है
  यानी host से ऊर्जा और सामग्री लेकर अपनी self-replicating assembly करना इसके लिए संभव है
  असली जिज्ञासा यह है कि host द्वारा दिए जाने वाले raw materials कितनी ‘तैयार’ अवस्था में होते हैं, और यह archaea उन सामग्रियों का उपयोग replication के लिए कैसे करता है

  • कई parasitic organisms भी इसी तरह की निर्भरता दिखाते हैं। फिर भी हम उन्हें ‘निर्जीव’ नहीं मानते
    अंततः सवाल यह है कि ‘स्वावलंबी’ की सीमा कहाँ तक मानी जाए
  • कुछ मायनों में यह cell bacteria और virus के बीच के रूप जैसा लगता है
    जैसे virus host की cellular machinery को ‘hijack’ करते हैं, वैसे ही यह archaea भी host के metabolism पर गहराई से निर्भर है

• “क्या यह virus नहीं है?” इस सवाल पर, पेपर में साफ़ तौर पर लिखा है कि इसमें tRNA और rRNA को encode करने वाले genes मौजूद हैं
  यह virus से स्पष्ट रूप से अलग एक biological feature है
  मूल पाठ bioRxiv पेपर में देखा जा सकता है

• Carsonella ruddii का genome लगभग 159,000 base pairs (करीब 40KB) का है, और यह किसी तरह के ‘cell firmware के न्यूनतम आकार’ जैसा महसूस होता है
  इतना सरल cell हो तो क्या हम हर base pair के function को पूरी तरह समझ सकते हैं, यह जानने की उत्सुकता होती है
  इसे visualize करने वाली interactive website बनाना दिलचस्प होगा

  • यह भी जिज्ञासा है कि geneticists epigenetic methylation को genetic information के हिस्से के रूप में गिनते हैं या नहीं
  • ऐसे ultra-small genomes किसी तरह sectorlisp के biological version जैसे लगते हैं

• पेपर के अनुसार Candidatus Sukunaarchaeum mirabile 238kbp के ultra-small genome वाला एक नया archaea है
  यह अब तक ज्ञात सबसे छोटे archaeal genome के आधे से भी कम आकार का है

  • तुलना के लिए, सबसे छोटा bacterial genome Nasuia deltocephalinicola लगभग 139kbp का है

• लेख में “हैरान रह गए शोधकर्ता” जैसी पंक्ति कुछ ज़्यादा बढ़ा-चढ़ाकर कही गई लगती है
  यह किसी ‘Biohacker Lab’ YouTube स्क्रिप्ट जैसा महसूस होता है

  • फिर भी, वास्तविक खोज काफ़ी चौंकाने वाली है

• अगर जीवन के दो मुख्य गुण homeostasis और reproduction हैं, तो इन्हें खो चुकी यह cell-इकाई निर्जीव मानी जा सकती है

  • लेकिन ऐसी परिभाषा बहुत कठोर दृष्टिकोण है
    जीवन की कोई सर्वमान्य परिभाषा नहीं है; इसे बस अपने अस्तित्व को बनाए रखने और मज़बूत करने वाले गुणों के समूह के रूप में समझाया जाता है
  • यह eukaryote-केंद्रित दृष्टिकोण भी है
    single-celled organisms में reproduction कहीं अधिक सरल होता है, और इस मामले में ‘obligate commensalism’ कहना अधिक उचित होगा
  • तब virus की replication को कैसे वर्गीकृत किया जाए? host के साथ दो-स्तरीय system होने पर भी उसे जीवन नहीं माना जाता
  • वास्तव में कई जीव पर्यावरण की मदद से homeostasis को ‘outsource’ करते हैं। इंसान भी अकेले जीवित नहीं रह सकता

• यह archaea ATP कहाँ से प्राप्त करता है, यह जानने की जिज्ञासा है
  अगर इसकी metabolic functions लगभग नहीं हैं, तो संभव है कि इसे ऊर्जा पूरी तरह host से मिलती हो

• genome किसी तरह की ‘config file’ की तरह काम करता है, ऐसा लगता है
  cell स्वयं पहले से ही जटिल machinery रखता है, और genome उसे नियंत्रित करने वाले flags और settings भर है
  यानी केवल genome size के आधार पर जीवन की जटिलता पर चर्चा करना भ्रामक हो सकता है

• जीवन की परिभाषा बहुत सीमित रखी जा रही है
  मेरा मानना है कि “जो replication और genetic variation के जरिए evolve कर सके, वही जीवन है”
  virus को जीवन न मानना समझना मुश्किल है

  • लेकिन उस परिभाषा में भी समस्याएँ हैं
    क्या बाँझ जानवर या genes रहित red blood cells जीवित नहीं हैं?
    उल्टा, genetic algorithms या manuscript में भी replication और variation होते हैं, तो क्या वे भी जीवन हैं?
  • सच तो यह है कि atom, machine और flame भी इस परिभाषा में फिट हो सकते हैं
    अंततः ‘जीवन’ शायद बस ऐसी जटिल प्रणालियाँ हैं जो energy flow का उपयोग करके अपनी संरचना बनाए रखती हैं और खुद को replicate करती हैं