युकेरियोट्स: त्याच्या पुरातन वंशाची कथा

1977 मध्ये प्रॉकेरियोट्स आणि युकेरियोट्समध्ये जीवसृष्टीचे पारंपारिक समूहीकरण सुधारित केले गेले जेव्हा rRNA अनुक्रम वैशिष्ट्याने हे उघड केले की आर्किया (त्याला 'आर्काबॅक्टेरिया' म्हटले जाते) ''बॅक्टेरिया युकेरियोट्सशी जितका दूरचा संबंध आहे तितकाच जीवाणूंशी आहे.'' या सजीवांच्या समूहीकरणाची आवश्यकता होती. युबॅक्टेरियामध्ये (सर्व विशिष्ट जीवाणूंचा समावेश होतो), आर्किया आणि युकेरियोट्स. युकेरियोट्सच्या उत्पत्तीचा प्रश्न राहिला. कालांतराने, युकेरियोट्सच्या पुरातन वंशाच्या बाजूने पुरावे तयार होऊ लागले. अस्गार्ड आर्कियामध्ये त्यांच्या जीनोममध्ये शेकडो युकेरियोटिक सिग्नेचर प्रोटीन्स (ESPs) जनुके आहेत हे शोधणे विशेष मनोरंजक होते. साइटोस्केलेटन आणि युकेरियोट्सच्या जटिल सेल्युलर स्ट्रक्चर्सच्या विकासामध्ये ESPs महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात. 21 डिसेंबर 2022 रोजी प्रकाशित झालेल्या एका यशस्वी अभ्यासात, संशोधकांनी क्रायो-इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी वापरून चित्रित केलेल्या मायावी अस्गार्ड आर्केआच्या समृद्ध संस्कृतीची यशस्वी लागवड केल्याचा अहवाल दिला आहे. त्यांनी पाहिले की अस्गार्ड पेशींमध्ये खरोखरच जटिल ऍक्टिन-आधारित सायटोस्केलेटन होते. युकेरियोट्सच्या पुरातत्व वंशाचा हा पहिला थेट दृश्य पुरावा होता, जो युकेरियोट्सच्या उत्पत्तीच्या आकलनातील एक महत्त्वपूर्ण पाऊल आहे.  

1977 पर्यंत पृथ्वीवरील जीवसृष्टीचे वर्गीकरण करण्यात आले युकेरियोट्स (कोशिकाच्या अनुवांशिक सामग्रीचा चांगल्या प्रकारे परिभाषित न्यूक्लियसमध्ये समावेश करून आणि सायटोस्केलेटनच्या उपस्थितीद्वारे वैशिष्ट्यीकृत जटिल फॉर्म) आणि प्रोकेरिओट्स (विशिष्ट न्यूक्लियसशिवाय साइटोप्लाझममधील अनुवांशिक सामग्रीसह साधे जीवन स्वरूप, जिवाणू आणि आर्किबॅक्टेरिया). असे वाटले की सेल्युलर युकेरियोट्स सुमारे 2 अब्ज वर्षांपूर्वी उत्क्रांत झाले, बहुधा प्रोकेरियोट्सपासून. पण, युकेरियोट्सची उत्पत्ती नेमकी कशी झाली? जटिल सेल्युलर जीवन स्वरूप, साध्या सेल्युलर जीवन स्वरूपांशी कसे जोडलेले आहेत? हा जीवशास्त्रातील मोठा खुला प्रश्न होता.  

जनुक आणि प्रथिनांच्या आण्विक जीवशास्त्रातील तांत्रिक प्रगतीमुळे, 1977 मध्ये, जेव्हा आर्किया (त्यावेळी 'आर्किबॅक्टेरिया' असे म्हटले जाते) आढळून आले तेव्हा या समस्येचा गाभा शोधण्यात मदत झाली.जिवाणूंशी जिवाणूंइतकाच दूरचा संबंध युकेरियोट्स. 'प्रोकॅरिओट्स आणि युकेरियोट्समध्ये जीवसृष्टीचा पूर्वीचा फरक सेल ऑर्गेनेल्सच्या स्तरावरील फेनोटाइपिकल फरकांवर आधारित होता. फायलोजेनेटिक संबंध, त्याऐवजी, मोठ्या प्रमाणात वितरित रेणूवर आधारित असावे. Ribosomal RNA (rRNA) हा असाच एक बायोमोलेक्युल आहे जो सर्व स्वयं-प्रतिकृती प्रणालींमध्ये असतो आणि ज्यांचे क्रम कालांतराने फार थोडे बदलतात. आरआरएनए अनुक्रम वैशिष्ट्यांवर आधारित विश्लेषणामुळे सजीवांचे युबॅक्टेरिया (सर्व विशिष्ट जीवाणूंचा समावेश) मध्ये गट करणे आवश्यक होते. आर्केआ, आणि युकेरियोट्स¹.  

त्यानंतर, आर्किया आणि युकेरियोट्स यांच्यातील जवळच्या संबंधांचे पुरावे उदयास येऊ लागले. 1983 मध्ये, असे आढळून आले की आर्कियाचे डीएनए-आश्रित आरएनए पॉलिमरेसेस आणि युकेरियोट्स समान प्रकारचे आहेत; दोघेही आश्चर्यकारकपणे समान इम्युनोकेमिकल गुणधर्म दर्शवितात आणि दोन्ही सामान्य वडिलोपार्जित संरचनेतून घेतलेले आहेत². प्रथिनांच्या जोडीच्या अनुमानित संमिश्र फायलोजेनेटिक झाडावर आधारित, १९८९ मध्ये प्रकाशित झालेल्या दुसर्‍या अभ्यासात, युबॅक्टेरियापेक्षा युकेरियोट्सशी आर्कियाचा जवळचा संबंध दिसून आला.³. यावेळी, पुरातन मूळ युकेरियोट्स स्थापन केले होते परंतु अचूक पुरातत्व प्रजाती ओळखणे आणि अभ्यास करणे बाकी होते.  

मधील यशानंतर जीनोमिक अभ्यासात वाढ जीनोम प्रकल्प, या क्षेत्रासाठी अत्यंत आवश्यक भरपाई प्रदान केली. 2015-2020 दरम्यान, अनेक अभ्यासात असे आढळले की Asgard आर्केआ युकेरियोट विशिष्ट जनुके वाहून नेणे. त्यांचे जीनोम युकेरियोट्ससाठी विशिष्ट समजल्या जाणार्‍या प्रथिनांसाठी समृद्ध केले जातात. या अभ्यासांनी त्यांच्या जीनोममध्ये शेकडो युकेरियोटिक स्वाक्षरी प्रथिने (ESPs) जनुकांच्या उपस्थितीमुळे अस्गार्ड आर्कियाला युकेरियोटच्या सर्वात जवळचे अनुवांशिक निकटता असल्याचे स्पष्टपणे ओळखले.  

पुढील पायरी म्हणजे ESPs च्या भूमिकेची पुष्टी करण्यासाठी Asgard archaea च्या अंतर्गत तळघर संरचनेचे भौतिकदृष्ट्या दृश्यमान करणे हे होते कारण ESPs जटिल सेल्युलर संरचनांच्या निर्मितीमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात. यासाठी या पुरातत्त्वाच्या अत्यंत समृद्ध संस्कृतींची गरज होती परंतु अस्गार्ड हे मायावी आणि रहस्यमय म्हणून ओळखले जाते. प्रयोगशाळेत त्यांचा अभ्यास करण्याइतपत मोठ्या प्रमाणात लागवड करण्यात अडचण निर्माण होते. 21 डिसेंबर 2022 रोजी नुकत्याच झालेल्या अभ्यासानुसार, ही अडचण आता दूर झाली आहे.  

संशोधकांनी, सहा वर्षांच्या कठोर परिश्रमानंतर, सुधारित तंत्रे आणि प्रयोगशाळेत यशस्वीरित्या लागवड केली आहे, ही अत्यंत समृद्ध संस्कृती आहे.उमेदवार लोकियार्चियम ऑसिफेरम', Asgard phylum चा सदस्य. ही एक उल्लेखनीय कामगिरी होती, कारण यामुळे संशोधकांना अस्गार्डच्या आतील सेल्युलर संरचनांची कल्पना आणि अभ्यास करता आला.    

क्रायो-इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफीचा वापर संवर्धन संस्कृतीची प्रतिमा करण्यासाठी केला गेला. अस्गार्ड पेशींमध्ये कोकोइड सेल बॉडी आणि ब्रँच्ड प्रोट्र्यूशन्सचे नेटवर्क होते. पेशींच्या पृष्ठभागाची रचना जटिल होती. सायटोस्केलेटन संपूर्ण सेल बॉडीमध्ये विस्तारित होते. वळणा-या दुहेरी तंतूमध्ये लोकियाक्टिन (उदा. लोकियार्चाओटा द्वारे एन्कोड केलेले ऍक्टिन होमोलॉग्स) असतात. अशा प्रकारे, अस्गार्ड पेशींमध्ये जटिल ऍक्टिन-आधारित सायटोस्केलेटन होते, जे संशोधकांनी मांडले होते, पहिल्याच्या उत्क्रांतीपूर्वी युकेरियोट्स.  

युकेरियोट्सच्या पुरातन वंशाचा पहिला ठोस भौतिक/दृश्य पुरावा म्हणून, जीवशास्त्रातील ही एक उल्लेखनीय प्रगती आहे.

*** 

संदर्भ:  

1. वॉइस सीआर आणि फॉक्स जीई, 1977. प्रोकेरियोटिक डोमेनची फिलोजेनेटिक संरचना: प्राथमिक राज्ये. नोव्हेंबर 1977 मध्ये प्रकाशित. PNAS. 74 (11) 5088-5090. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.74.11.5088  

2. Huet, J., इत्यादी 1983. आर्किबॅक्टेरिया आणि युकेरियोट्समध्ये सामान्य प्रकारचे डीएनए-आश्रित आरएनए पॉलिमरेस असतात. EMBO J. 2, 1291–1294 (1983). DOI: https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1983.tb01583.x  

3. इवाबे, एन., इत्यादी 1989. डुप्लिकेट जनुकांच्या फायलोजेनेटिक झाडांपासून अनुमानित पुरातत्व जीवाणू, युबॅक्टेरिया आणि युकेरियोट्सचे उत्क्रांती संबंध. प्रोक. Natl Acad. विज्ञान यूएसए ८६, ९३५५–९३५९. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.86.23.9355  

4. रॉड्रिग्ज-ऑलिवेरा, टी., इत्यादी. 2022. ऍसगार्ड आर्किअनमधील ऍक्टिन सायटोस्केलेटन आणि जटिल सेल आर्किटेक्चर. प्रकाशित: 21 डिसेंबर 2022. निसर्ग (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05550-y  

***