पहला जीवन किससे संचालित हुआ? GTP बनाने वाले RNA एंजाइम ने "RNA वर्ल्ड" के द्वार खोले

जीवन की शुरुआत को चलाने वाला "ईंधन" क्या था

जीवन केवल पदार्थों का एकत्रीकरण नहीं है। यह एक प्रणाली है जो बाहरी ऊर्जा को अवशोषित करती है, स्वयं को बनाए रखती है, जानकारी को विरासत में लेती है, और धीरे-धीरे बदलती रहती है। तो फिर, पृथ्वी के प्रारंभिक चरण में, जब न तो कोशिकाएं थीं, न प्रोटीन एंजाइम, और न ही जटिल चयापचय मार्ग, जीवन जैसी प्रणाली किस "ईंधन" से चल रही थी?

इस प्रश्न की जांच करने वाला एक शोध UC सैन डिएगो की शोध टीम द्वारा रिपोर्ट किया गया है। ध्यान केंद्रित किया गया है "RNA वर्ल्ड" परिकल्पना पर, जिसमें माना जाता है कि RNA मुख्य भूमिका में था। वर्तमान जीवन में, DNA आनुवंशिक जानकारी को संग्रहीत करता है, प्रोटीन अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाओं को संचालित करते हैं, और RNA एक पुल का कार्य करता है। लेकिन जीवन के प्रारंभिक चरण में, RNA एक सूचना अणु होने के साथ-साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं को आगे बढ़ाने वाला उत्प्रेरक भी हो सकता था।

RNA के उत्प्रेरक के रूप में कार्य करने वाले अणु को "रिबोजाइम" कहा जाता है। इस शोध में, RNA को बढ़ाने के लिए आवश्यक अणुओं में से एक, गुआनोसिन ट्राइफॉस्फेट, यानी GTP बनाने वाले रिबोजाइम के प्रदर्शन को बढ़ाने में सफलता प्राप्त की गई। GTP आधुनिक जीवों के लिए भी एक महत्वपूर्ण ऊर्जा और सूचना संबंधित अणु है और RNA के निर्माण का भी हिस्सा है। यदि आदिम RNA प्रणाली स्वयं GTP की आपूर्ति कर सकती थी, तो यह आत्म-प्रतिकृति की दिशा में एक बड़ा लाभ होता।

GTP क्यों महत्वपूर्ण है

यदि RNA को एक वाक्य के रूप में तुलना की जाए, तो GTP उस वाक्य के निर्माण के लिए आवश्यक अक्षरों में से एक होगा। RNA न्यूक्लियोटाइड्स नामक घटकों से बना होता है। इन घटकों को जोड़कर एक लंबी श्रृंखला बनाने के लिए, केवल सामग्री का पानी में तैरना पर्याप्त नहीं है। घटकों को जोड़ने के लिए एक रासायनिक "धक्का देने वाली शक्ति" की आवश्यकता होती है।

आधुनिक जीवन में, ATP और GTP जैसे न्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट इस भूमिका को निभाते हैं। जैसा कि नाम से पता चलता है, ट्राइफॉस्फेट में कई फॉस्फेट समूह होते हैं और उनके बंधनों से उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग प्रतिक्रियाओं को आगे बढ़ाने के लिए किया जाता है। RNA को संश्लेषित करने के लिए, ऐसे सक्रिय घटकों की आवश्यकता होती है।

समस्या यह है कि जीवन की उत्पत्ति से पहले की पृथ्वी पर ऐसे उच्च ऊर्जा अणुओं को कैसे बनाया जा सकता था। प्रोटीन एंजाइम के बिना, आधुनिक कोशिकाओं की तरह परिष्कृत चयापचय का उपयोग नहीं किया जा सकता था। कोशिका झिल्ली, जीन, और एंजाइम नेटवर्क सभी अधूरे थे, तो RNA अपने स्वयं के निर्माण के लिए सामग्री कैसे उत्पन्न कर सकता था? इस शोध ने इस चुनौती के लिए "कम से कम प्रयोगशाला में, RNA उत्प्रेरक उस दिशा में विकसित हो सकते हैं" का उत्तर दिया है।

100 ट्रिलियन RNA उम्मीदवारों से "अच्छी तरह से काम करने वाले अणु" का चयन

शोध टीम ने मौजूदा GTP संश्लेषण रिबोजाइम को प्रारंभिक बिंदु के रूप में लिया और उसमें कई उत्परिवर्तन जोड़कर एक विशाल अणु पुस्तकालय बनाया। इसका आकार लगभग 100 ट्रिलियन प्रकार का बताया गया है। यह एक दृष्टिकोण है जिसमें थोड़े से अनुक्रम भिन्नता वाले RNA अणुओं को बड़े पैमाने पर तैयार किया जाता है और उनमें से सबसे कुशलता से काम करने वाले को चुना जाता है।

इस चयन में उपयोग की गई तकनीक है, पानी की बूंदों को तेल में फैलाने की इमल्शन तकनीक। RNA अणुओं को छोटी पानी की बूंदों में बंद करके, यह देखना आसान हो जाता है कि प्रत्येक अणु कितना GTP बनाता है और वह GTP RNA संश्लेषण में कितना योगदान देता है। यह मानो एक साथ अनगिनत सूक्ष्म परीक्षण ट्यूब चलाने जैसा प्रयोग है।

महत्वपूर्ण यह है कि केवल GTP बनाने की क्षमता को नहीं मापा गया, बल्कि यह सुनिश्चित किया गया कि वह GTP RNA पॉलिमरेज़ रिबोजाइम द्वारा RNA विस्तार से जुड़ा हो। यानी, GTP संश्लेषण और RNA पॉलिमरीकरण को "चयापचय रूप से जोड़कर", अधिक जीवन जैसी कार्यक्षमता के करीब चयन किया गया।

परिणामस्वरूप, शोध टीम ने पारंपरिक प्रकार की तुलना में GTP के टर्नओवर संख्या को काफी बढ़ाने वाले उत्परिवर्तन को खोजा। रिपोर्ट के अनुसार, सबसे कुशल उत्परिवर्तन में 19 उत्परिवर्तन थे और GTP टर्नओवर संख्या को लगभग 13 तक बढ़ा दिया। पूर्व के रिबोजाइम का टर्नओवर लगभग 1.7 पर था, इसलिए यह एक बड़ी सुधार है। आम जनता के लिए लेखों में, सबसे उत्पादक रिबोजाइम ने पूर्ववर्ती की तुलना में लगभग 10 गुना अधिक GTP बनाया।

"जीवन का निर्माण" नहीं किया गया, बल्कि "जीवन जैसी सर्किट का एक हिस्सा" पुनः निर्मित किया गया

इस शोध को पढ़ते समय ध्यान देने योग्य बात यह है कि प्रयोगशाला में जीवन का निर्माण नहीं किया गया। जो दिखाया गया है वह यह है कि एक आदिम RNA प्रणाली ऊर्जा अणुओं का निर्माण करती है और उन ऊर्जा अणुओं का उपयोग करके RNA श्रृंखला का विस्तार करती है, यह एक संयोजन का हिस्सा है। यह जीवन की उत्पत्ति का पूर्ण पुनरावृत्ति नहीं है।

हालांकि, जीवन की उत्पत्ति के अध्ययन में, यह "एक हिस्सा" बहुत महत्वपूर्ण है। जीवन की शुरुआत के लिए, जानकारी रखने वाले अणुओं का प्रतिकृति होना आवश्यक है। हालांकि, प्रतिकृति के लिए सामग्री और ऊर्जा की आवश्यकता होती है। सामग्री होने पर भी, यदि उन्हें जोड़ने वाली प्रतिक्रिया नहीं होती, तो जानकारी नहीं बढ़ती। इसके विपरीत, ऊर्जा होने पर भी, यदि जानकारी को संरक्षित करने की प्रणाली नहीं होती, तो विकास शुरू नहीं होता।

इस शोध का परिणाम यह है कि RNA "अपने निर्माण के लिए प्रतिक्रिया" और "अपने जैसे अणुओं को बढ़ाने की प्रतिक्रिया" को जोड़ सकता है। यह प्रारंभिक जीवन के बारे में सोचने के लिए महत्वपूर्ण है जब चयापचय और आनुवंशिकी की सीमाएं अभी विभाजित नहीं हुई थीं।

आधुनिक कोशिकाओं में, चयापचय, आनुवंशिकी, झिल्ली, प्रोटीन संश्लेषण आदि जटिल रूप से विभाजित होते हैं। लेकिन जीवन की शुरुआत में, ऐसा विभाजन नहीं था। कुछ अणु कई भूमिकाएं निभाते थे, और संयोग से जुड़े रासायनिक प्रतिक्रियाओं का नेटवर्क धीरे-धीरे आत्म-निर्भर होता गया। उस प्रारंभिक चरण को प्रयोगशाला में पुनः संयोजित करना जीवन की उत्पत्ति के मार्ग को ठोस रूप से जांचने के लिए आवश्यक है।

पॉलीफॉस्फेट: एक "संभावित ऊर्जा स्रोत"

शोध की एक और कुंजी पॉलीफॉस्फेट है। पॉलीफॉस्फेट फॉस्फेट का एक श्रृंखला रूप में जुड़ा अणु है और इसे प्रारंभिक पृथ्वी पर संभावित ऊर्जा स्रोत माना जाता है। इस शोध में, साइक्लिक ट्राइमेथाफॉस्फेट नामक पॉलीफॉस्फेट रसायन गुआनोसिन से GTP बनाने की प्रतिक्रिया में शामिल है।

जीवन की उत्पत्ति के अध्ययन में, "वह प्रतिक्रिया प्रयोगशाला में संभव है, लेकिन क्या प्रारंभिक पृथ्वी पर वास्तव में सामग्री थी" यह अक्सर एक समस्या बनती है। यदि शक्तिशाली आधुनिक रसायन या अत्यधिक कृत्रिम वातावरण का उपयोग किया जाए, तो रासायनिक प्रतिक्रियाएं किसी भी हद तक आगे बढ़ सकती हैं। लेकिन इससे जीवन की उत्पत्ति की व्याख्या नहीं होती।

इसलिए, इस तरह के "पूर्व-जीवित संभावित ऊर्जा स्रोत" और RNA पॉलिमरीकरण को जोड़ने का प्रयास महत्वपूर्ण है। बेशक, प्रारंभिक पृथ्वी पर कहां, किस सांद्रता में, और कितनी स्थिरता के साथ ऐसे अणु मौजूद थे, यह अभी भी जांच की आवश्यकता है। फिर भी, RNA के पॉलीफॉस्फेट से उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग करके अपने निर्माण में शामिल सामग्री की आपूर्ति करने की क्षमता RNA वर्ल्ड परिकल्पना को एक कदम आगे ले जाती है।

RNA वर्ल्ड परिकल्पना कितनी आगे बढ़ी है

RNA वर्ल्ड परिकल्पना आकर्षक है, लेकिन इसमें कई अनसुलझे समस्याएं भी हैं। RNA को जानकारी रखने और उत्प्रेरक बनने की क्षमता के कारण प्रारंभिक जीवन के उम्मीदवार के रूप में देखा गया है। लेकिन RNA को पूर्व-जीवित वातावरण में कैसे बनाया जाए, पर्याप्त लंबाई के RNA को कैसे स्थिर किया जाए, प्रतिकृति त्रुटियों को कैसे कम किया जाए, और प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा को कैसे प्रदान किया जाए जैसे मुद्दे अभी भी हैं।

इस शोध ने "ऊर्जा आपूर्ति" और "RNA पॉलिमरीकरण के संयोजन" से संबंधित मुद्दों पर ध्यान केंद्रित किया है। GTP संश्लेषण रिबोजाइम की प्रदर्शन में वृद्धि के साथ, RNA के अपने स्वयं के सामग्री आपूर्ति में भूमिका निभाने की संभावना अधिक वास्तविक हो गई है।

हालांकि, केवल GTP से RNA पूरा नहीं होता। RNA के लिए G, A, C, U के अनुरूप कई न्यूक्लियोटाइड्स की आवश्यकता होती है, और GTP संश्लेषण का सुधार केवल एक हिस्सा है। इसके अलावा, RNA पॉलिमर में अधिकतम कुछ गुआनोसिन को शामिल करने की उपलब्धि महत्वपूर्ण है, लेकिन आत्म-प्रतिकृति करने वाले लंबे RNA जीनोम बनाने के चरण से अभी भी दूर है। इसलिए, इस शोध को "जीवन की उत्पत्ति के निर्णायक प्रमाण" के बजाय "जीवन की उत्पत्ति के लिए आवश्यक एक घटक को प्रयोगात्मक रूप से मजबूत किया गया" के रूप में देखना अधिक सटीक है।

सोशल मीडिया पर विशेषज्ञों के बीच शांतिपूर्ण साझा करना

इस शोध पर सोशल मीडिया की प्रतिक्रिया वर्तमान में विस्फोटक प्रसार के बजाय उच्च विशेषज्ञता वाले समुदायों और वैज्ञानिक समाचार खातों द्वारा शांतिपूर्ण साझा करने पर केंद्रित है।

Reddit के अंतरिक्ष जीवविज्ञान समुदाय में, UC सैन डिएगो के लेख को "अनुसंधान" के रूप में पोस्ट किया गया था। हालांकि, जितनी जानकारी मिल सकी, टिप्पणियों में उल्लेखनीय चर्चा कम थी और स्वचालित मॉडरेटर द्वारा निर्देश अधिक थे। यह इस बात को दर्शाता है कि यह विषय मूल्यहीन नहीं है, बल्कि यह अत्यधिक विशेषज्ञता वाला है और आम उपयोगकर्ता के लिए तुरंत चर्चा में शामिल होना कठिन है।

LinkedIn पर, San Diego Biotech Networks ने इस शोध को साझा किया और यह बताया कि GTP बनाने में सक्षम प्रारंभिक जीव प्रणाली आत्म-प्रतिकृति में लाभकारी हो सकती है। यहां भी, भावनात्मक प्रतिक्रियाओं के बजाय, बायोटेक और जीवन विज्ञान समाचार के रूप में परिचय का रंग अधिक है।

X पर भी, खगोलजीवविज्ञान से संबंधित खाते और उपयोगकर्ता लेख साझा कर रहे हैं। प्रतिक्रिया का केंद्र "पृथ्वी के प्रारंभिक जीवन को क्या चलाया" इस प्रश्न के प्रति रुचि है, और यह जीवन की उत्पत्ति, खगोलजीवविज्ञान, RNA वर्ल्ड जैसे कीवर्ड पर प्रतिक्रिया करने वाले समूहों तक पहुंच रहा है।

कुल मिलाकर, सोशल मीडिया पर माहौल "यह एक बड़ी खोज है" के रूप में आम जनता के बीच उत्साह के बजाय, "जीवन की उत्पत्ति के अध्ययन के एक महत्वपूर्ण टुकड़े के रूप में" विशेषज्ञता की ओर झुका हुआ है। यह एक ऐसा विषय है जिसे आकर्षक सुर्खियों में लाना आसान है, लेकिन वास्तविक उपलब्धि अत्यधिक सटीक और चरणबद्ध है। इसलिए, जब शोध सामग्री को प्रस्तुत किया जाता है, तो "जीवन का निर्माण किया गया" के बजाय "RNA की दुनिया कितनी आत्म-निर्भरता के करीब पहुंच सकती है" की जांच की गई के रूप में व्यक्त करना अधिक ईमानदार होगा।

यह शोध खगोलजीवविज्ञान से कैसे संबंधित है

जीवन की उत्पत्ति का अध्ययन केवल पृथ्वी के अतीत को जानने के लिए नहीं है। यदि यह समझ में आ जाए कि जीवन किन परिस्थितियों में शुरू हो सकता है, तो मंगल, यूरोपा, एन्केलाडस, या दूर के एक्सोप्लैनेट पर जीवन खोजते समय दृष्टिकोण बदल सकता है।

जीवन के लिए केवल पानी, कार्बन, और जैविक अणु ही आवश्यक नहीं हैं। प्रतिक्रिया को आगे बढ़ाने के लिए ऊर्जा का प्रवाह आवश्यक है। किस प्रकार के वातावरण में, कौन से अणु जानकारी की प्रतिकृति और चयापचय को जोड़ सकते हैं। यदि ये शर्तें स्पष्ट हो जाती हैं, तो ब्रह्मांड में जीवन खोजते समय "देखने योग्य रासायनिक प्रतिक्रियाएं" भी अधिक स्पष्ट हो जाएंगी।

यह शोध RNA वर्ल्ड के प्रयोगशाला मॉडल के रूप में ऊर्जा स्रोत, उत्प्रेरक, और RNA संश्लेषण के संबंध को जोड़ता है। यह पृथ्वी के अलावा अन्य स्थानों पर जीवन जैसी रासायनिक प्रक्रियाएं शुरू होने की शर्तों को समझने में भी सहायक हो सकता है। उदाहरण के लिए, बर्फ के नीचे महासागर वाले खगोलीय पिंडों पर या खनिज सतहों पर ऊर्जा ढलान उत्पन्न करने वाले वातावरण में, कौन से अणु आत्म-प्रतिकृति करने वाले प्रतिक्रिया नेटवर्क में शामिल हो सकते हैं। ऐसे प्रश्नों के लिए यह एक प्रयोगात्मक आधार बन सकता है।

जीवन एक बार में उत्पन्न नहीं हुआ

जब हम "जीवन की उत्पत्ति" शब्द का उपयोग करते हैं, तो हम अक्सर कल्पना करते हैं कि एक क्षण में निर्जीव से जीवित में परिवर्तन हुआ। लेकिन वास्तव में, जीवन और निर्जीव के बीच की सीमा संभवतः निरंतर थी। शुरुआत में यह केवल रासायनिक प्रतिक्रिया थी जो पर्यावरण से ऊर्जा लेती थी, सामग्री एकत्र करती थी, समान अणुओं को बढ़ाती थी, और परिवर्तन और चयन का सामना करती थी। उस प्रक्रिया के किसी बिंदु पर, जीवन के रूप में हम जो गुण कहते हैं, वे प्रकट हुए।

इस रिबोजाइम शोध ने उस निरंतर प्रक्रिया के एक दृश्य को काटकर प्रस्तुत किया है। GTP का निर्माण करना। RNA को बढ़ाना। बेहतर काम करने वाले अणुओं का चयन होना। ये सभी विकास के पूर्व चरण के रूप में माने जा सकते हैं। यह अभी भी कोशिका नहीं है। यह अभी भी जीव नहीं है। फिर भी, जीवन जैसी विशेषताओं की शुरुआत है।

प्रारंभिक पृथ्वी के उथले जलाशय, ज्वालामुखी गतिविधि, खनिज सतह, सूखे और गीले का दोहराव, अल्ट्रावायलेट किरणें, बिजली, हाइड्रोथर्मल वातावरण। इन विभिन्न मंचों पर अनगिनत रासायनिक प्रतिक्रियाएं आजमाई गई होंगी। उनमें से, यदि संयोग से जानकारी और ऊर्जा को जोड़ने वाली प्रतिक्रिया स्थिर हो गई, चुनी गई, और जटिल हो गई, तो