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Wednesday, June 16, 2021

क्या पृथ्वी की ऑक्सीजन में शुरुआती वृद्धि ने बहुकोशिकीय जीवन को विकसित करने में मदद की? – एस्ट्रोबायोलॉजी पत्रिका

एक नया अध्ययन पृथ्वी के प्रारंभिक ऑक्सीजनकरण को बड़े, अधिक जटिल जीवों से जोड़ने वाली एक परिकल्पना से हवा निकाल रहा है। जॉर्जिया टेक शोधकर्ता अधिक जटिल प्रभाव की रिपोर्ट करते हैं.

वैज्ञानिकों ने लंबे समय से सोचा है कि वायुमंडलीय ऑक्सीजन में वृद्धि के बीच सीधा संबंध था, जो 2.5 अरब साल पहले ग्रेट ऑक्सीजनेशन इवेंट और बड़े, जटिल बहुकोशिकीय जीवों के उदय के साथ शुरू हुआ था।

छवि: प्रारंभिक पृथ्वी क्रेडिट का कलाकार प्रतिपादन: NASA

वह सिद्धांत, “ऑक्सीजन नियंत्रण परिकल्पना”, बताता है कि इन प्रारंभिक बहुकोशिकीय जीवों का आकार उस गहराई तक सीमित था, जिस तक ऑक्सीजन उनके शरीर में फैल सकती थी। परिकल्पना एक सरल भविष्यवाणी करती है जो विकासवादी जीव विज्ञान और भू-विज्ञान दोनों के भीतर अत्यधिक प्रभावशाली रही है: अधिक से अधिक वायुमंडलीय ऑक्सीजन को हमेशा उस आकार को बढ़ाना चाहिए जिससे बहुकोशिकीय जीव विकसित हो सकें।

यह एक परिकल्पना है जिसे प्रयोगशाला में परीक्षण करना मुश्किल साबित हुआ है। फिर भी जॉर्जिया टेक शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक रास्ता खोजा – निर्देशित विकास, सिंथेटिक जीवविज्ञान, और गणितीय मॉडलिंग का उपयोग करके – सभी को ‘स्नोफ्लेक खमीर’ नामक एक साधारण बहुकोशिकीय जीवनरूप पर सहन करने के लिए लाया गया। परिणाम? प्रारंभिक पृथ्वी के ऑक्सीजनकरण और बड़े बहुकोशिकीय जीवों के उदय के बीच संबंधों पर महत्वपूर्ण नई जानकारी – और यह वास्तव में हमारे कुछ शुरुआती बहुकोशिकीय पूर्वजों के लिए कितना O2 उपलब्ध था।

“बहुकोशिकीयता के विकास पर ऑक्सीजन का सकारात्मक प्रभाव पूरी तरह से खुराक पर निर्भर है – हमारे ग्रह के पहले ऑक्सीजनकरण ने बहुकोशिकीय जीवन के विकास को बढ़ावा नहीं दिया, बल्कि दृढ़ता से बाधित किया होगा,” स्कूल ऑफ बायोलॉजिकल साइंसेज के शोध वैज्ञानिक जी ओज़ान बोज़दाग बताते हैं। और अध्ययन के प्रमुख लेखक। “बहुकोशिकीय आकार पर ऑक्सीजन का सकारात्मक प्रभाव तभी महसूस किया जा सकता है जब यह उच्च स्तर तक पहुंच जाए।”

“मैक्रोस्कोपिक बहुकोशिकीयता का ऑक्सीजन दमन” पत्रिका के 14 मई, 2021 संस्करण में प्रकाशित हुआ है प्रकृति संचार. कागज पर बोज्डैग के सह-लेखकों में जॉर्जिया टेक शोधकर्ता विल रैटक्लिफ, स्कूल ऑफ बायोलॉजिकल साइंसेज में एसोसिएट प्रोफेसर शामिल हैं; क्रिस रेनहार्ड, स्कूल ऑफ अर्थ एंड एटमॉस्फेरिक साइंसेज में एसोसिएट प्रोफेसर; रोज़ेन पाइनौ, पीएच.डी. स्कूल ऑफ बायोलॉजिकल साइंसेज और क्वांटिटेटिव बायोसाइंसेज (क्यूबीओएस) में इंटरडिसिप्लिनरी ग्रेजुएट प्रोग्राम में छात्र; एरिक लिब्बी, स्वीडन में उमिया विश्वविद्यालय में सहायक प्रोफेसर और न्यू मैक्सिको में सांता फ़े संस्थान के साथ।

खमीर को रिकॉर्ड समय में विकसित करने के लिए निर्देशित करना

“हम दिखाते हैं कि ऑक्सीजन का प्रभाव पहले की कल्पना से कहीं अधिक जटिल है। वैश्विक ऑक्सीजन में शुरुआती वृद्धि वास्तव में बड़े और अधिक जटिल जीवों के चयन के बजाय मैक्रोस्कोपिक बहुकोशिकीय के विकास को दृढ़ता से बाधित करना चाहिए, “रैटक्लिफ नोट करता है।

“लोगों ने लंबे समय से माना है कि पृथ्वी की सतह का ऑक्सीजनकरण सहायक था – कुछ लोग कहते हैं कि यह एक पूर्व शर्त है – बड़े, जटिल बहुकोशिकीय जीवों के विकास के लिए,” वे कहते हैं। “लेकिन किसी ने भी इसका सीधे परीक्षण नहीं किया है, क्योंकि हमारे पास एक मॉडल प्रणाली नहीं है जो विकास की बहुत सारी पीढ़ियों को जल्दी से गुजरने में सक्षम हो, और ऑक्सीजन की पूरी श्रृंखला में विकसित होने में सक्षम हो,” अवायवीय स्थितियों से लेकर आधुनिक तक स्तर।

शोधकर्ता ऐसा करने में सक्षम थे, हालांकि, बर्फ के टुकड़े खमीर के साथ, सरल बहुकोशिकीय जीव तेजी से विकासवादी परिवर्तन में सक्षम थे। अपने विकास के वातावरण को बदलकर, उन्होंने प्रयोगशाला में 800 से अधिक पीढ़ियों के लिए बड़े आकार के चयन के साथ स्नोफ्लेक खमीर विकसित किया।

परिणामों ने Bozdag को चौंका दिया। “मैं यह देखकर चकित था कि बहुकोशिकीय खमीर ने अपने आकार को बहुत तेजी से दोगुना कर दिया जब वे ऑक्सीजन का उपयोग नहीं कर सके, जबकि मध्यम ऑक्सीजन वाले वातावरण में विकसित होने वाली आबादी में कोई आकार वृद्धि नहीं हुई,” वे कहते हैं। “यह प्रभाव मजबूत है – यहां तक ​​​​कि बहुत लंबे समय तक।”

आकार – और ऑक्सीजन का स्तर – बहुकोशिकीय विकास के लिए मायने रखता है

टीम के शोध में, “बड़े आकार आसानी से विकसित हुए जब हमारे खमीर में ऑक्सीजन नहीं था या बहुत अधिक था, लेकिन तब नहीं जब ऑक्सीजन निम्न स्तर पर मौजूद था,” रैटक्लिफ कहते हैं। “हमने यह दिखाने के लिए बहुत अधिक काम किया है कि यह वास्तव में इस तथ्य का एक पूरी तरह से अनुमानित और समझने योग्य परिणाम है कि ऑक्सीजन, सीमित होने पर संसाधन के रूप में कार्य करता है – यदि कोशिकाएं इसे एक्सेस कर सकती हैं, तो उन्हें एक बड़ा चयापचय लाभ मिलता है। जब ऑक्सीजन की कमी होती है, तो यह जीवों में बहुत दूर तक नहीं फैल सकता है, इसलिए बहुकोशिकीय जीवों के छोटे होने के लिए एक विकासवादी प्रोत्साहन है – उनकी अधिकांश कोशिकाओं को ऑक्सीजन तक पहुंचने की इजाजत देता है – एक बाधा जो वहां नहीं होती है जब ऑक्सीजन मौजूद नहीं होती है , या जब यह ऊतकों में अधिक गहराई तक फैलने के लिए पर्याप्त हो।”

रैटक्लिफ का कहना है कि न केवल उनके समूह का काम ऑक्सीजन नियंत्रण परिकल्पना को चुनौती देता है, यह विज्ञान को यह समझने में भी मदद करता है कि ग्रेट ऑक्सीजनेशन इवेंट के अरबों वर्षों में बहुकोशिकीय जीवों की दुनिया में इतना कम स्पष्ट विकासवादी नवाचार क्यों हो रहा था। रैटक्लिफ बताते हैं कि भूवैज्ञानिक इस अवधि को पृथ्वी के इतिहास में “बोरिंग बिलियन” कहते हैं – जिसे पृथ्वी के इतिहास में सबसे सुस्त समय और पृथ्वी के मध्य युग के रूप में भी जाना जाता है – एक ऐसी अवधि जब ऑक्सीजन वायुमंडल में मौजूद थी, लेकिन निम्न स्तर पर, और बहुकोशिकीय जीव बने रहे। अपेक्षाकृत छोटा और सरल।

Bozdag अध्ययन की अनूठी प्रकृति में एक और अंतर्दृष्टि जोड़ता है। “पिछले काम ने मुख्य रूप से गैस प्रसार के भौतिक सिद्धांतों के माध्यम से ऑक्सीजन और बहुकोशिकीय आकार के बीच परस्पर क्रिया की जांच की,” वे कहते हैं। “जबकि यह तर्क आवश्यक है, हमें अपने ग्रह पर जटिल बहुकोशिकीय जीवन की उत्पत्ति का अध्ययन करते समय डार्विनियन विकासवाद के सिद्धांतों पर एक समावेशी विचार की भी आवश्यकता है।” अंत में विकास की कई पीढ़ियों के माध्यम से जीवों को आगे बढ़ाने में सक्षम होने से शोधकर्ताओं को बस इतना ही पूरा करने में मदद मिली, बोज़दाग कहते हैं।

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