યુકેરીયોટ્સ: તેના પ્રાચીન વંશની વાર્તા

પ્રોકેરીયોટ્સ અને યુકેરીયોટ્સમાં જીવન સ્વરૂપોના પરંપરાગત જૂથીકરણને 1977 માં સુધારવામાં આવ્યું હતું જ્યારે rRNA ક્રમની લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે કે આર્ચીઆ (જેને પછી 'આર્કાઇબેક્ટેરિયા' કહેવામાં આવે છે) ''બેક્ટેરિયા સાથે જેટલા દૂરથી સંબંધિત છે તેટલું જ બેક્ટેરિયા યુકેરીયોટ્સ સાથે છે.'' આ જીવંત સજીવોના જૂથીકરણની આવશ્યકતા હતી. યુબેક્ટેરિયામાં (તમામ લાક્ષણિક બેક્ટેરિયાનો સમાવેશ થાય છે), આર્ચીઆ અને યુકેરીયોટ્સ. યુકેરીયોટ્સની ઉત્પત્તિનો પ્રશ્ન રહ્યો. સમય જતાં, યુકેરીયોટ્સના પુરાતત્વીય વંશની તરફેણમાં પુરાવા મળવા લાગ્યા. ખાસ રસ એ હતો કે એસ્ગાર્ડ આર્ચીઆમાં તેમના જીનોમમાં કેટલાંક સેંકડો યુકેરીયોટિક સિગ્નેચર પ્રોટીન (ESPs) જનીનો છે. ESPs સાયટોસ્કેલેટન અને યુકેરીયોટ્સની જટિલ સેલ્યુલર રચનાની લાક્ષણિકતાઓના વિકાસમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. 21 ડિસેમ્બર 2022ના રોજ પ્રકાશિત થયેલા એક પ્રગતિશીલ અભ્યાસમાં, સંશોધકોએ ક્રાયો-ઇલેક્ટ્રોન ટોમોગ્રાફીનો ઉપયોગ કરીને પ્રપંચી અસગાર્ડ આર્કિઆની સમૃદ્ધ સંસ્કૃતિની સફળ ખેતીની જાણ કરી છે. તેઓએ જોયું કે અસગાર્ડ કોષો ખરેખર જટિલ એક્ટિન આધારિત સાયટોસ્કેલેટન ધરાવે છે. યુકેરીયોટ્સના આર્કિયલ વંશનો આ પ્રથમ સીધો દ્રશ્ય પુરાવો હતો, જે યુકેરીયોટ્સની ઉત્પત્તિની સમજમાં એક મહત્વપૂર્ણ પગલું છે.  

1977 સુધી, પૃથ્વી પરના જીવન સ્વરૂપોને જૂથબદ્ધ કરવામાં આવ્યા હતા યુકાર્યોટ્સ (કોષની આનુવંશિક સામગ્રીને સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત ન્યુક્લિયસમાં સમાવિષ્ટ કરીને અને સાયટોસ્કેલેટનની હાજરી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ જટિલ સ્વરૂપો) અને પ્રોકેરીયોટ્સ (બેક્ટેરિયા અને આર્કાઇબેક્ટેરિયા સહિત નિર્દિષ્ટ ન્યુક્લિયસ વિના સાયટોપ્લાઝમમાં આનુવંશિક સામગ્રી સાથેના સરળ જીવન સ્વરૂપો). એવું માનવામાં આવતું હતું કે સેલ્યુલર યુકાર્યોટ્સ લગભગ 2 બિલિયન વર્ષો પહેલા વિકાસ થયો હતો, કદાચ પ્રોકેરીયોટ્સમાંથી. પરંતુ, યુકેરીયોટ્સની ઉત્પત્તિ બરાબર કેવી રીતે થઈ? જટિલ સેલ્યુલર જીવન સ્વરૂપો, સરળ સેલ્યુલર જીવન સ્વરૂપો સાથે કેવી રીતે જોડાયેલા છે? જીવવિજ્ઞાનમાં આ એક મોટો ખુલ્લો પ્રશ્ન હતો.  

જનીન અને પ્રોટીનના મોલેક્યુલર બાયોલોજીમાં તકનીકી પ્રગતિએ આ મુદ્દાના મૂળને સમજવામાં મદદ કરી જ્યારે, 1977 માં, આર્કિઆ (તે સમયે 'આર્કાઇબેક્ટેરિયા' તરીકે ઓળખાતું હતું) '' હોવાનું જણાયું હતું.બેક્ટેરિયા સાથે બેક્ટેરિયા જેટલું દૂરથી સંબંધિત છે યુકાર્યોટ્સ. 'પ્રોકેરીયોટ્સ અને યુકેરીયોટ્સમાં જીવન સ્વરૂપોનો અગાઉનો ભેદ કોષ ઓર્ગેનેલ્સના સ્તરે ફેનોટાઇપિકલ તફાવતો પર આધારિત હતો. તેના બદલે, ફાયલોજેનેટિક સંબંધ વ્યાપક રીતે વિતરિત પરમાણુ પર આધારિત હોવો જોઈએ. રિબોસોમલ આરએનએ (આરઆરએનએ) એ એવું જ એક બાયોમોલેક્યુલ છે જે તમામ સ્વ-પ્રતિકૃતિ પ્રણાલીઓમાં હાજર છે અને જેની ક્રમમાં સમયની સાથે બહુ ઓછો ફેરફાર થાય છે. આરઆરએનએ સિક્વન્સ કેરેક્ટરાઇઝેશન પર આધારિત પૃથ્થકરણ માટે જીવંત સજીવોનું યુબેક્ટેરિયા (તમામ લાક્ષણિક બેક્ટેરિયા સમાવિષ્ટ) માં જૂથીકરણ જરૂરી છે. કળા, અને યુકેરીયોટ્સ¹.  

ત્યારબાદ, આર્ચીઆ અને યુકેરીયોટ્સ વચ્ચેના ગાઢ સંબંધના પુરાવા ઉભરી રહ્યા છે. 1983 માં, એવું જાણવા મળ્યું હતું કે આર્ચીઆના ડીએનએ-આધારિત આરએનએ પોલિમરેઝ અને યુકાર્યોટ્સ સમાન પ્રકારના હોય છે; બંને આશ્ચર્યજનક રીતે સમાન રોગપ્રતિકારક રાસાયણિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે અને બંને એક સામાન્ય પૂર્વજોની રચનામાંથી ઉતરી આવ્યા છે². પ્રોટીન જોડીના અનુમાનિત સંયુક્ત ફાયલોજેનેટિક વૃક્ષના આધારે, 1989 માં પ્રકાશિત થયેલ અન્ય એક અભ્યાસ, યુકેરીયોટ્સ સાથે આર્કિઆનો યુબેક્ટેરિયા કરતાં ગાઢ સંબંધ દર્શાવે છે.³. આ સમય સુધીમાં, આર્કિયલ મૂળ યુકાર્યોટ્સ સ્થાપના કરવામાં આવી હતી પરંતુ ચોક્કસ પુરાતત્વીય પ્રજાતિઓ ઓળખવા અને અભ્યાસ કરવાની બાકી હતી.  

માં સફળતા બાદ જીનોમિક અભ્યાસમાં વૃદ્ધિ જીનોમ પ્રોજેક્ટ, આ વિસ્તાર માટે ખૂબ જ જરૂરી ફિલિપ પ્રદાન કરે છે. 2015-2020 ની વચ્ચે, ઘણા અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે Asgard કળા યુકેરીયોટ ચોક્કસ જનીનો વહન કરે છે. તેમના જીનોમ યુકેરીયોટ્સ માટે વિશિષ્ટ માનવામાં આવતા પ્રોટીન માટે સમૃદ્ધ છે. આ અધ્યયનોએ સ્પષ્ટપણે એસ્ગાર્ડ આર્ચીઆને યુકેરીયોટની સૌથી નજીકની આનુવંશિક નિકટતા હોવાનું તેમના જીનોમમાં સેંકડો યુકેરીયોટિક સિગ્નેચર પ્રોટીન (ESPs) જનીનોની હાજરીને કારણે સ્પષ્ટપણે ઓળખી કાઢ્યું હતું.  

આગળનું પગલું ESPs ની ભૂમિકાની પુષ્ટિ કરવા માટે Asgard archaea ના આંતરિક ભોંયરું માળખું ભૌતિક રીતે વિઝ્યુઅલાઈઝ કરવાનું હતું કારણ કે વ્યાપકપણે માનવામાં આવે છે કે ESPs જટિલ સેલ્યુલર માળખાના નિર્માણમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. આ માટે, આ પુરાતત્વની અત્યંત સમૃદ્ધ સંસ્કૃતિની જરૂર હતી પરંતુ અસગાર્ડ પ્રપંચી અને રહસ્યમય તરીકે ઓળખાય છે. પ્રયોગશાળામાં તેનો અભ્યાસ કરવા માટે પૂરતી મોટી માત્રામાં ખેતી કરવામાં મુશ્કેલી ઊભી કરે છે. તાજેતરમાં 21 ડિસેમ્બર 2022ના રોજ થયેલા એક અભ્યાસ મુજબ, આ મુશ્કેલી હવે દૂર થઈ ગઈ છે.  

સંશોધકોએ છ વર્ષની સખત મહેનત, ઇમ્પ્રુવાઇઝ્ડ ટેક્નિક અને પ્રયોગશાળામાં સફળતાપૂર્વક ખેતી કરી છે, જે એક અત્યંત સમૃદ્ધ સંસ્કૃતિ ધરાવે છે.ઉમેદવાર, Asgard phylum ના સભ્ય. આ એક નોંધપાત્ર સિદ્ધિ હતી, કારણ કે આનાથી સંશોધકો અસગાર્ડની આંતરિક સેલ્યુલર રચનાઓની કલ્પના અને અભ્યાસ કરવામાં સક્ષમ બન્યા હતા.    

ક્રાયો-ઇલેક્ટ્રોન ટોમોગ્રાફીનો ઉપયોગ સંવર્ધન સંસ્કૃતિની છબી માટે કરવામાં આવ્યો હતો. એસ્ગાર્ડ કોશિકાઓમાં કોકોઇડ કોશિકાઓ અને શાખાઓવાળા પ્રોટ્રુઝનનું નેટવર્ક હતું. કોષની સપાટીનું માળખું જટિલ હતું. સાયટોસ્કેલેટન સમગ્ર કોષ શરીરમાં વિસ્તરેલ છે. ટ્વિસ્ટેડ ડબલ-સ્ટ્રેન્ડેડ ફિલામેન્ટ્સમાં લોકિયાક્ટિન (જેમ કે એક્ટિન હોમોલોગ્સ લોકિયાર્ચિયોટા દ્વારા એન્કોડ કરાયેલ)નો સમાવેશ થાય છે. આમ, એસ્ગાર્ડ કોષો જટિલ એક્ટિન-આધારિત સાયટોસ્કેલેટન ધરાવે છે, જે સંશોધકો સૂચવે છે, પ્રથમ ઉત્ક્રાંતિ પૂર્વે યુકાર્યોટ્સ.  

યુકેરીયોટ્સના પ્રાચીન વંશના પ્રથમ નક્કર ભૌતિક/દ્રશ્ય પુરાવા તરીકે, જીવવિજ્ઞાનમાં આ એક નોંધપાત્ર પ્રગતિ છે.

*** 

સંદર્ભ:  

1. વુઝ સીઆર અને ફોક્સ જીઇ, 1977. પ્રોકેરીયોટિક ડોમેનનું ફાયલોજેનેટિક માળખું: પ્રાથમિક રાજ્ય. નવેમ્બર 1977 ના રોજ પ્રકાશિત. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  

2. હ્યુટ, જે., એટ અલ 1983. આર્કાઇબેક્ટેરિયા અને યુકેરીયોટ્સ સામાન્ય પ્રકારના ડીએનએ-આધારિત આરએનએ પોલિમરેસ ધરાવે છે. EMBO જે. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  

3. ઇવાબે, એન., એટ અલ 1989. ડુપ્લિકેટેડ જનીનોના ફાયલોજેનેટિક વૃક્ષોમાંથી અનુમાનિત આર્કાઇબેક્ટેરિયા, યુબેક્ટેરિયા અને યુકેરીયોટ્સનો ઉત્ક્રાંતિ સંબંધ. પ્રોક. Natl Acad. વિજ્ઞાન યુએસએ 86, 9355–9359. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  

4. રોડ્રિગ્સ-ઓલિવેરા, ટી., એટ અલ. 2022. એક્ટિન સાયટોસ્કેલેટન અને એસ્ગાર્ડ આર્કિઓનમાં જટિલ સેલ આર્કિટેક્ચર. પ્રકાશિત: 21 ડિસેમ્બર 2022. પ્રકૃતિ (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

***