યુકેરીયોટિક શેવાળમાં નાઈટ્રોજન-ફિક્સિંગ સેલ-ઓર્ગેનેલ નાઈટ્રોપ્લાસ્ટની શોધ   

પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડના જૈવસંશ્લેષણ માટે નાઇટ્રોજનની જરૂર પડે છે , પરંતુ કાર્બનિક સંશ્લેષણ માટે યુકેરીયોટ્સને વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન ઉપલબ્ધ નથી . ફક્ત થોડા પ્રોકેરીયોટ્સ (જેમ કે સાયનોબેક્ટેરિયા , ક્લોસ્ટ્રિડિયા , આર્ચીઆ વગેરે) વાતાવરણમાં પુષ્કળ પ્રમાણમાં ઉપલબ્ધ આણ્વિક નાઇટ્રોજનને ઠીક કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે . કેટલાક નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ બેક્ટેરિયા યુકેરીયોટિક કોષોની અંદર એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ્સ તરીકે સહજીવન સંબંધમાં રહે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સાયનોબેક્ટેરિયા કેન્ડિડેટસ એટેલોસાયનોબેક્ટેરિયમ થેલાસા (UCYN-A) એ દરિયાઈ પ્રણાલીઓમાં એકકોષીય સૂક્ષ્મ શેવાળ બ્રારુડોસ્ફેરા બિગેલોવીનું એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ છે . આવી કુદરતી ઘટનાએ યુકેરીયોટિક કોષ ઓર્ગેનેલ્સ મિટોકોન્ડ્રિયા અને ક્લોરોપ્લાસ્ટ્સના યુકેરીયોટિક કોષમાં એન્ડોસિમ્બિઓટિક બેક્ટેરિયાના એકીકરણ દ્વારા ઉત્ક્રાંતિમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી હોવાનું માનવામાં આવે છે . તાજેતરમાં પ્રકાશિત થયેલા એક અભ્યાસમાં, સંશોધકોએ શોધી કાઢ્યું છે કે સાયનોબેક્ટેરિયા " UCYN-A " યુકેરીયોટિક માઇક્રોએલ્ગી બ્રારુડોસ્ફેરા બિગેલોવી સાથે ગાઢ રીતે સંકલિત થયા હતા અને એન્ડોસિમ્બિઓન્ટથી નાઇટ્રોપ્લાસ્ટ નામના નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ યુકેરીયોટિક સેલ ઓર્ગેનેલમાં વિકસિત થયા હતા. આનાથી માઇક્રોએલ્ગી બ્રારુડોસ્ફેરા બિગેલોવી પ્રથમ જાણીતું નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ યુકેરીયોટ બન્યું. આ શોધે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનના ફિક્સેશનના કાર્યને પ્રોકેરીયોટ્સથી યુકેરીયોટ્સ સુધી વિસ્તૃત કર્યું છે.

સિમ્બાયોસિસ એટલે કે, વિવિધ પ્રજાતિઓના સજીવો વસવાટની વહેંચણી અને સાથે રહેતા, એક સામાન્ય કુદરતી ઘટના છે. સહજીવન સંબંધમાં ભાગીદારો એકબીજાથી લાભ મેળવી શકે છે (પરસ્પરવાદ), અથવા એકને ફાયદો થઈ શકે છે જ્યારે અન્ય અપ્રભાવિત રહે છે (કોમન્સાલિઝમ) અથવા એકને ફાયદો થાય છે જ્યારે બીજાને નુકસાન થાય છે (પરોપજીવીતા). સહજીવન સંબંધને એન્ડોસિમ્બાયોસિસ કહેવામાં આવે છે જ્યારે એક જીવ બીજાની અંદર રહે છે, ઉદાહરણ તરીકે, યુકેરીયોટિક કોષની અંદર રહેતો પ્રોકાર્યોટિક કોષ. પ્રોકાર્યોટિક કોષ, આવી પરિસ્થિતિમાં, એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ કહેવાય છે.  

એન્ડોસિમ્બાયોસિસ (એટલે ​​​​કે, પૂર્વજોના યુકેરીયોટિક કોષ દ્વારા પ્રોકેરીયોટ્સનું આંતરિકકરણ) એ મિટોકોન્ડ્રિયા અને ક્લોરોપ્લાસ્ટના ઉત્ક્રાંતિમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવી હતી, જે વધુ જટિલ યુકેરીયોટિક કોષોની લાક્ષણિકતા કોષ-ઓર્ગેનલ્સ છે, જેણે યુકેરીયોટિક જીવન સ્વરૂપોના પ્રસારમાં ફાળો આપ્યો હતો. એક એરોબિક પ્રોટીઓબેક્ટેરિયમ એ સમયે એંડોસિમ્બિઓન્ટ બનવા માટે પૂર્વજોના યુકેરીયોટિક કોષમાં પ્રવેશ્યું હોવાનું માનવામાં આવે છે જ્યારે પર્યાવરણ વધુને વધુ ઓક્સિજન સમૃદ્ધ બની રહ્યું હતું. એનર્જી બનાવવા માટે ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરવાની એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ પ્રોટીઓબેક્ટેરિયમની ક્ષમતાએ યજમાન યુકેરીયોટને નવા વાતાવરણમાં વિકાસ કરવાની મંજૂરી આપી હતી જ્યારે અન્ય યુકેરીયોટ નવા ઓક્સિજન-સમૃદ્ધ વાતાવરણ દ્વારા લાદવામાં આવેલા નકારાત્મક પસંદગીના દબાણને કારણે લુપ્ત થઈ ગયા હતા. આખરે, પ્રોટીઓબેક્ટેરિયમ એક મિટોકોન્ડ્રીયન બનવા માટે યજમાન સિસ્ટમ સાથે સંકલિત થાય છે. એ જ રીતે, કેટલાક પ્રકાશસંશ્લેષણ કરતા સાયનોબેક્ટેરિયા એ એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ બનવા માટે પૂર્વજોના યુકેરીયોટ્સમાં પ્રવેશ્યા હતા. સમય જતાં, તેઓ ક્લોરોપ્લાસ્ટ બનવા માટે યુકેરીયોટિક યજમાન પ્રણાલી સાથે આત્મસાત થઈ ગયા. ક્લોરોપ્લાસ્ટ સાથે યુકેરીયોટ્સે વાતાવરણીય કાર્બનને ઠીક કરવાની ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી અને ઓટોટ્રોફ બની ગયા. પૂર્વજોના યુકેરીયોટ્સમાંથી કાર્બન-ફિક્સિંગ યુકેરીયોટ્સનું ઉત્ક્રાંતિ એ પૃથ્વી પરના જીવનના ઇતિહાસમાં એક વળાંક હતો. 

પ્રોટીન અને ન્યુક્લીક એસિડના કાર્બનિક સંશ્લેષણ માટે નાઇટ્રોજન જરૂરી છે જો કે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનને ઠીક કરવાની ક્ષમતા માત્ર થોડા પ્રોકેરીયોટ્સ (જેમ કે કેટલાક સાયનોબેક્ટેરિયા, ક્લોસ્ટ્રિડિયા, આર્ચીઆ વગેરે) સુધી મર્યાદિત છે. કોઈપણ જાણીતા યુકેરીયોટ્સ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનને સ્વતંત્ર રીતે ઠીક કરી શકતા નથી. નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ પ્રોકેરીયોટ્સ અને કાર્બન-ફિક્સિંગ યુકેરીયોટ્સ વચ્ચેના પરસ્પર એંડોસિમ્બાયોટિક સંબંધો કે જેને વધવા માટે નાઇટ્રોજનની જરૂર હોય છે તે પ્રકૃતિમાં જોવા મળે છે. આવો જ એક દાખલો સાયનોબેક્ટેરિયા કેન્ડિડેટસ એટેલોસાયનોબેક્ટેરિયમ થેલાસા (UCYN-A) અને દરિયાઈ પ્રણાલીઓમાં યુનિસેલ્યુલર માઇક્રોએલ્ગી બ્રારુડોસ્ફેરા બિગેલોવી વચ્ચેની ભાગીદારી છે.  

તાજેતરના એક અભ્યાસમાં, સાયનોબેક્ટેરિયા કેન્ડીડાટસ એટેલોસાયનોબેક્ટેરિયમ થેલાસા (UCYN-A) અને યુનિસેલ્યુલર માઇક્રોએલ્ગી બ્રારુડોસ્ફેરા બિગેલોવી વચ્ચેના એન્ડોસિમ્બાયોટિક સંબંધની તપાસ સોફ્ટ એક્સ-રે ટોમોગ્રાફીનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવી હતી. કોષ આકારવિજ્ઞાન અને શેવાળના વિભાજનના વિઝ્યુલાઇઝેશનથી એક સંકલિત કોષ ચક્ર બહાર આવ્યું જેમાં કોષ વિભાજન દરમિયાન યુકેરીયોટ વિભાજનમાં ક્લોરોપ્લાસ્ટ અને મિટોકોન્ડ્રિયાની જેમ એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ સાયનોબેક્ટેરિયા સમાનરૂપે વિભાજિત થાય છે. કોષીય પ્રવૃત્તિઓમાં સામેલ પ્રોટીનના અભ્યાસથી જાણવા મળ્યું કે તેમાંથી એક મોટો ભાગ શેવાળના જીનોમ દ્વારા એન્કોડ કરવામાં આવ્યો હતો. આમાં બાયોસિન્થેસિસ, કોષ વૃદ્ધિ અને વિભાજન માટે જરૂરી પ્રોટીનનો સમાવેશ થાય છે. આ તારણો સૂચવે છે કે એન્ડોસિમ્બિઓન્ટ સાયનોબેક્ટેરિયા યજમાન કોષીય પ્રણાલી સાથે નજીકથી સંકલિત થયા હતા અને એન્ડોસિમ્બિઓન્ટથી યજમાન કોષના સંપૂર્ણ ઓર્ગેનેલમાં સંક્રમિત થયા હતા. પરિણામે, યજમાન શેવાળ કોષે વૃદ્ધિ માટે જરૂરી પ્રોટીન અને ન્યુક્લિક એસિડના સંશ્લેષણ માટે વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનને ઠીક કરવાની ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી. નવા ઓર્ગેનેલને તેની નાઇટ્રોજન ફિક્સિંગ ક્ષમતાને કારણે નાઇટ્રોપ્લાસ્ટ નામ આપવામાં આવ્યું છે.

આ એકકોષીય સૂક્ષ્મ શેવાળ બ્રારુડોસ્ફેરા બિગેલોવીને નાઇટ્રોજન-ફિક્સિંગ કરનાર પ્રથમ યુકેરીયોટ બનાવે છે. આ વિકાસ લાંબા ગાળે કૃષિ અને રાસાયણિક ખાતર ઉદ્યોગ માટે અસરો ધરાવી શકે છે.

*** 

સંદર્ભ:  

1. કોલ, ટીએચ એટ અલ. 2024. દરિયાઈ શેવાળમાં નાઈટ્રોજન-ફિક્સિંગ ઓર્ગેનેલ. વિજ્ઞાન. 11 એપ્રિલ 2024. વોલ્યુમ 384, અંક 6692 પૃષ્ઠ 217-222. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 

2. મસાના આર., 2024. ધ નાઈટ્રોપ્લાસ્ટ: એ નાઈટ્રોજન-ફિક્સિંગ ઓર્ગેનેલ. વિજ્ઞાન. 11 એપ્રિલ 2024. વોલ્યુમ 384, અંક 6692. પૃષ્ઠ 160-161. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

***