জীববিজ্ঞানের সবচেয়ে দীর্ঘস্থায়ী প্রশ্নগুলির মধ্যে একটি হল কিভাবে একটি জীবন্ত জিনিস যা অভিন্ন কোষের ভ্রূণ ব্লব হিসাবে শুরু হয় তা সময়ের সাথে সাথে বিভিন্ন টিস্যু সহ একটি জীবে রূপান্তরিত হয়, প্রতিটি তার নিজস্ব অনন্য প্যাটার্ন এবং বৈশিষ্ট্য সহ। উত্তরটি ব্যাখ্যা করবে কীভাবে একটি চিতাবাঘ তার দাগ পায়, একটি জেব্রা তার ডোরা পায়, গাছ তাদের শাখা পায় এবং জীববিজ্ঞানে প্যাটার্ন বিকাশের আরও অনেক রহস্য। অর্ধ শতাব্দীরও বেশি সময় ধরে এর পক্ষপাতদুষ্ট ব্যাখ্যা হয়ে আসছে একটি মার্জিত মডেল গণিতবিদ অ্যালান টুরিং দ্বারা প্রস্তাবিত রাসায়নিক সংকেতের উপর ভিত্তি করে, যা ছিল অনেক সাফল্য.
কিন্তু ক্রমবর্ধমান সংখ্যক বিজ্ঞানী সন্দেহ করেন যে টুরিংয়ের তত্ত্বটি গল্পের অংশ মাত্র। "আমার মতে আমরা এর সৌন্দর্যের কারণে এটি কতটা ব্যাপকভাবে প্রয়োগ করা উচিত সে সম্পর্কে অন্ধ হয়ে গেছি," বলেছেন অ্যামি শায়ার, রকফেলার বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন উন্নয়নমূলক জীববিজ্ঞানী। তার দৃষ্টিতে, শারীরিক সংকোচন এবং সংকোচনের শক্তি যা কোষগুলির বৃদ্ধি এবং বিভাজনের সাথে কাজ করে তাও একটি কেন্দ্রীয় ভূমিকা পালন করতে পারে।
এবং এখন তার প্রমাণ আছে। ক প্রকাশিত কাগজ কোষ মে মাসে, শায়ার, তার সহ-সিনিয়র লেখক এবং সহকর্মী উন্নয়নমূলক জীববিজ্ঞানী অ্যালান রদ্রিগেস এবং তাদের সহকর্মীরা দেখিয়েছেন যে যান্ত্রিক শক্তি ভ্রূণীয় মুরগির চামড়াকে ক্রমবর্ধমান পালক তৈরি করতে প্ররোচিত করতে পারে। পৃষ্ঠের উত্তেজনা যেমন একটি কাচের পৃষ্ঠের গোলাকার পুঁতির মধ্যে জল টেনে আনতে পারে, তেমনি একটি ভ্রূণের মধ্যে শারীরিক উত্তেজনাও এমন নিদর্শন স্থাপন করতে পারে যা বিকাশশীল টিস্যুতে বৃদ্ধি এবং জিনের কার্যকলাপকে নির্দেশ করে।
একটি জীবের বৃদ্ধি এবং বিকাশের সাথে সাথে, এর টিস্যুগুলির কোষগুলি একে অপরের উপর এবং সহায়ক প্রোটিন স্ক্যাফোল্ডিং (বহির্কোষীয় ম্যাট্রিক্স) উপর টান এবং ধাক্কা দেয় যার সাথে তারা জটিলভাবে যুক্ত থাকে। কিছু গবেষক সন্দেহ করেছেন যে এই শক্তিগুলি পরিবর্তনের সাথে মিলিত হয়েছে কোষের চাপ এবং অনমনীয়তা, জটিল নিদর্শন গঠন নির্দেশ করতে পারে. যাইহোক, এখন অবধি, কোন গবেষণায় তারা সিদ্ধ করা রাসায়নিক স্টু থেকে এই শারীরিক শক্তিগুলির প্রভাবকে আলাদা করতে সক্ষম হয়নি।
একটি প্যাটার্ন আউট টানা
রকফেলার ইউনিভার্সিটির মরফোজেনেসিস পরীক্ষাগারে যে তারা যৌথভাবে নেতৃত্ব দেয়, শায়ার এবং রড্রিগস একটি মুরগির ভ্রূণ থেকে চামড়া সরিয়ে ফেলে এবং কোষগুলিকে আলাদা করার জন্য টিস্যুকে বিচ্ছিন্ন করে ফেলে। তারপরে তারা সেলুলার দ্রবণের একটি ফোঁটা পেট্রি ডিশে রেখেছিল এবং এটিকে সংস্কৃতিতে বাড়তে দেয়। তারা দেখেছিল যে ত্বকের কোষগুলি ডিশের মেঝেতে একটি রিংয়ে স্ব-সংগঠিত হয়েছে - কোষের বলের 2-ডি সংস্করণের মতো যা সাধারণত ভ্রূণ হয়ে যায়। স্পন্দন এবং সংকোচন, কোষগুলি বহির্কোষী ম্যাট্রিক্সের কোলাজেন তন্তুগুলির উপর টান দেয় যা তারা নিজেদের চারপাশে একত্রিত করে। 48 ঘন্টা ধরে, ফাইবারগুলি ধীরে ধীরে ঘোরে, একসাথে গুচ্ছ করে এবং তারপর একে অপরকে আলাদা করে, কোষের গুচ্ছ তৈরি করে যা পালক ফলিকলে পরিণত হয়।
"এটি এমন একটি পরিষ্কার, সাধারণ পরীক্ষামূলক সেটআপ ছিল, যেখানে আপনি একটি সুন্দর প্যাটার্ন দেখতে পাবেন এবং পরিমাণগতভাবে এটি নিয়ন্ত্রণ করতে পারেন," বলেছেন ব্রায়ান ক্যামলি, জনস হপকিন্স ইউনিভার্সিটির একজন বায়োফিজিসিস্ট যিনি গবেষণায় জড়িত ছিলেন না।
পরে, কোষের সংকোচনের হার এবং অন্যান্য ভেরিয়েবল সামঞ্জস্য করে, গবেষকরা দেখিয়েছেন যে ভ্রূণের ভরের শারীরিক উত্তেজনা প্যাটার্নটিকে সরাসরি প্রভাবিত করে। "আমি মনে করি সবচেয়ে বড় আশ্চর্য হল যেভাবে কোষগুলি এই নিদর্শনগুলি তৈরি করার জন্য এই খুব গতিশীল উপায়ে এক্সট্রা সেলুলার ম্যাট্রিক্সের সাথে মিথস্ক্রিয়া করেছিল," রড্রিগেস বলেছিলেন। "আমরা বুঝতে পেরেছি যে এটি উভয়ের মধ্যে একটি পারস্পরিক নৃত্য।"
"এটি পরামর্শ দেয় যে সংকোচনশীলতা প্যাটার্ন গঠনের জন্য যথেষ্ট হতে পারে," ক্যামলি বলেছেন। "এটি সত্যিই একটি নতুন অপরিহার্য অংশ।"
মেকানিক্স আগে, জিন পরে?
গণিতবিদ ডি'আর্সি ওয়েন্টওয়ার্থ থম্পসন প্রস্তাব করেছিলেন যে 1917 সালে শারীরিক শক্তিগুলি বিকাশের দিকে পরিচালিত করতে পারে। তার বইতে বৃদ্ধি এবং ফর্ম, থম্পসন বর্ণনা করেছেন কিভাবে টর্সনাল ফোর্স হর্ন এবং দাঁতের গঠন নিয়ন্ত্রণ করে, কিভাবে ডিম এবং অন্যান্য ফাঁপা কাঠামোর উদ্ভব হয় এবং এমনকি জেলিফিশ এবং তরলের ফোঁটাগুলির মধ্যে মিল রয়েছে।
কিন্তু থম্পসনের ধারনাগুলি পরে টুরিং-এর ব্যাখ্যা দ্বারা গ্রহণ করা হয়েছিল, যা জিনের উদীয়মান বোঝার সাথে আরও সহজে যুক্ত হয়েছিল। 1952 সালের একটি গবেষণাপত্র, "মরফোজেনেসিসের রাসায়নিক ভিত্তি", তার মৃত্যুর দুই বছর আগে প্রকাশিত হয়েছিল, টুরিং পরামর্শ দিয়েছিলেন যে কঙ্কালের মধ্যে দাগ, স্ট্রাইপ এবং এমনকি হাড়ের ভাস্কর্য আকারের মতো প্যাটার্নগুলি মরফোজেন নামক রাসায়নিকের একটি ঘূর্ণায়মান গ্রেডিয়েন্টের ফল। একে অপরের সাথে যোগাযোগ করে কারণ তারা কোষ জুড়ে অসমভাবে ছড়িয়ে পড়ে। একটি আণবিক ব্লুপ্রিন্ট হিসাবে কাজ করে, মরফোজেনগুলি জেনেটিক প্রোগ্রামগুলিতে লাথি মারবে যার ফলে আঙ্গুল, দাঁতের সারি বা অন্যান্য অংশগুলি বিকাশ লাভ করে।
টিউরিংয়ের তত্ত্বটি তার সরলতার জন্য জীববিজ্ঞানীদের কাছে প্রিয় ছিল এবং শীঘ্রই এটি উন্নয়নমূলক জীববিজ্ঞানের একটি মূল নীতিতে পরিণত হয়। "এখনও জীববিজ্ঞানের বেশিরভাগ প্রক্রিয়াগুলির একটি শক্তিশালী আণবিক এবং জেনেটিক দৃষ্টিভঙ্গি রয়েছে," রড্রিগেস বলেছিলেন।
কিন্তু সেই সমাধান থেকে কিছু অনুপস্থিত ছিল। যদি রাসায়নিক মরফোজেনগুলি বিকাশকে চালিত করে, শায়ার বলেন, তাহলে বিজ্ঞানীদের দেখাতে সক্ষম হওয়া উচিত যে একটি অন্যটির আগে - প্রথমে রাসায়নিক আসে, তারপর প্যাটার্ন।
তিনি এবং রড্রিগেস কখনই ল্যাবে এটি দেখাতে সক্ষম হননি। 2017 সালে, তারা মুরগির ভ্রূণের চামড়ার ছোট টুকরো নিয়েছিল এবং একটি follicle গঠনের প্রস্তুতিতে টিস্যু গুচ্ছ হওয়ার সময় ঘনিষ্ঠভাবে দেখেছিল। ইতিমধ্যে, তারা ফলিকল গঠনের সাথে জড়িত জিনের সক্রিয়করণ ট্র্যাক করেছে। তারা যা খুঁজে পেয়েছিল তা হল যে জিনের অভিব্যক্তি একই সময়ে ঘটেছিল যখন কোষগুলি একত্রিত হয়েছিল - তবে আগে নয়।
"'প্রথমে জিনের অভিব্যক্তি, তারপরে যান্ত্রিকতা'-এর পরিবর্তে, এটি এমন ছিল যে মেকানিক্স এই আকারগুলি তৈরি করছে," শায়ার বলেছিলেন। পরে, তারা দেখিয়েছে যে এমনকি কিছু জিন-নিয়ন্ত্রক রাসায়নিক অপসারণও প্রক্রিয়াটিকে ব্যাহত করেনি। "এটি বলার জন্য একটি দরজা খুলেছিল, 'আরে, এখানে অন্য কিছু হতে পারে,'" তিনি বলেছিলেন।
জীববিজ্ঞানের সক্রিয় নরম পদার্থ
শায়ার এবং রড্রিগস আশা করেন যে তাদের কাজ এবং ভবিষ্যতের তদন্তগুলি পদার্থবিজ্ঞানের ভূমিকা এবং বিকাশের সময় রাসায়নিক এবং জিনের সাথে এর ইন্টারপ্লে ব্যাখ্যা করতে সহায়তা করবে।
"আমরা উপলব্ধি করছি যে সমস্ত আণবিক জিনের অভিব্যক্তি, সংকেত এবং কোষের আন্দোলনে শক্তির উত্পাদন একে অপরের সাথে অবিচ্ছেদ্যভাবে মিলিত হয়," বলেন এডউইন মুনরো, শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন আণবিক জীববিজ্ঞানী যিনি গবেষণায় জড়িত ছিলেন না।
মুনরো মনে করেন যে এক্সট্রা সেলুলার ম্যাট্রিক্সের ভূমিকা বিজ্ঞানীরা বর্তমানে উপলব্ধি করার চেয়ে বেশি গুরুত্বপূর্ণ, যদিও উন্নয়নে এর আরও কেন্দ্রীয় ভূমিকার স্বীকৃতি হচ্ছে। সাম্প্রতিক গবেষণা ফলের মাছি ডিমের বিকাশের সাথে এক্সট্রা সেলুলার ম্যাট্রিক্সের শক্তিকে যুক্ত করেছে, উদাহরণস্বরূপ।
রড্রিগেস রাজি হন। "এটি কোষের মতো এবং এক্সট্রা সেলুলার ম্যাট্রিক্স নিজের মধ্যে একটি উপাদান তৈরি করছে," তিনি বলেছিলেন। তিনি সংকোচনশীল কোষ এবং বহির্মুখী ম্যাট্রিক্সের এই সংযোগটিকে "সক্রিয় নরম পদার্থ" হিসাবে বর্ণনা করেন এবং মনে করেন যে এটি বহির্কোষী শক্তির মাধ্যমে ঘটতে থাকা ভ্রূণের বিকাশের নিয়ন্ত্রণ সম্পর্কে চিন্তা করার একটি নতুন উপায় নির্দেশ করে। ভবিষ্যতের কাজে, তিনি এবং শায়র আশা করেন যে বিকাশে শারীরিক শক্তির আরও বিশদ ব্যাখ্যা করবেন এবং তাদের আণবিক দৃষ্টিভঙ্গির সাথে একত্রিত করবেন।
"আমরা ভাবতাম যদি আমরা আরও গভীরতা এবং কঠোরতার সাথে জিনোম অধ্যয়ন করি তবে এই সমস্ত কিছুই পরিষ্কার হবে," শায়ার বলেছিলেন, কিন্তু "গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্নের উত্তর জিনোমের স্তরে নাও হতে পারে।" একবার মনে হয়েছিল যে কোষের মধ্যে জিন এবং তাদের পণ্যগুলির আন্তঃক্রিয়ার মাধ্যমে উন্নয়নমূলক সিদ্ধান্ত নেওয়া হয়েছিল, কিন্তু উদীয়মান সত্য হল যে "সিদ্ধান্ত গ্রহণ কোষের বাইরে ঘটতে পারে, একে অপরের সাথে কোষের শারীরিক মিথস্ক্রিয়া দ্বারা।"
