पशु उत्परिवर्तन दर उन लक्षणों को प्रकट करती है जो विकास को गति देते हैं

बच्चों के खेल टेलीफोन में, "मैंने एक नाशपाती खाई" जैसा फुसफुसाया हुआ वाक्यांश जल्दी ही "मुझे भालू से नफरत है" बन सकता है क्योंकि यह खिलाड़ियों की एक पंक्ति में आगे बढ़ता है। जैसे-जैसे जीन माता-पिता से संतानों में स्थानांतरित होते हैं, वे भी धीरे-धीरे छोटी प्रतिलिपि त्रुटियों से परिवर्तित हो सकते हैं, जिससे कभी-कभी नए, उपयोगी लक्षण उत्पन्न होते हैं। वंशानुगत उत्परिवर्तन की गति को जानना यह समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि प्रजातियाँ कैसे विकसित होती हैं। फिर भी हाल तक, केवल कुछ मुट्ठी भर प्रजातियों के बारे में ही पता था कि जीवन किस प्रकार उत्परिवर्तित हो सकता है।

अभी, एक व्यापक विश्लेषण छिपकलियों और पेंगुइन से लेकर इंसानों और व्हेल तक, 68 विविध कशेरुक प्रजातियों में से, प्रजातियों के उत्परिवर्तन की दरों की पहली बड़े पैमाने पर तुलना की गई है - यह समझने की दिशा में पहला कदम है कि वे कितनी जल्दी विकसित हो सकते हैं। निष्कर्ष, जर्नल में प्रकाशित प्रकृति, उत्परिवर्तन की गति कैसे बदल सकती है और उस गति को क्या निर्धारित करता है, इस बारे में आश्चर्यजनक अंतर्दृष्टि का पता लगाया।

पेपर मोटे तौर पर "हमारे पास मौजूद उत्परिवर्तन-दर अनुमानों की मात्रा को दोगुना कर देता है," कहा माइकल लिंचएरिज़ोना स्टेट यूनिवर्सिटी के एक विकासवादी जीवविज्ञानी, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे। अब हमारे पास "कशेरुकी जीवों के भीतर भिन्नता की मात्रा का बेहतर विचार है।"

इस व्यापक डेटा के साथ, जीवविज्ञानी उन सवालों का जवाब देना शुरू कर सकते हैं कि कौन से लक्षण उत्परिवर्तन दर और विकास की गति को सबसे अधिक प्रभावित करते हैं। "ऐसी चीज़ें हैं जो विकास की दर को प्रभावित करती हैं, [लेकिन] हम उन सभी को नहीं जानते हैं," कहा पेट्रीसिया फोस्टर, इंडियाना विश्वविद्यालय में जीवविज्ञान के एक एमेरिटा प्रोफेसर जो अध्ययन में शामिल नहीं थे। "यह शुरुआत है।"

उत्परिवर्तन दर की माप जीन-आधारित आणविक घड़ियों को कैलिब्रेट करने में महत्वपूर्ण रूप से उपयोगी हो सकती है, जिसका उपयोग जीवविज्ञानी यह निर्धारित करने के लिए करते हैं कि प्रजातियां कब अलग हो गईं, और वे विकास कैसे काम करता है, इसके बारे में कई सिद्धांतों के उपयोगी परीक्षण प्रदान करते हैं। वे यह भी पुष्टि करते हैं कि विकास की गति निर्धारित करने में मदद करने वाले कारक स्वयं विकास के अधीन हैं। "जर्मलाइन उत्परिवर्तन, किसी भी अन्य लक्षण की तरह, प्राकृतिक चयन के अंतर्गत है," ने कहा लूसी बर्जरोन, नए अध्ययन के प्रमुख लेखक।

तीन की शक्ति

हालाँकि अध्ययन को संभव बनाने वाली उन्नत डीएनए अनुक्रमण प्रौद्योगिकियाँ वर्षों से मौजूद हैं, लेकिन यह स्पष्ट था कि उत्परिवर्तन दर की एक बड़ी बहु-प्रजाति तुलना में इतना काम शामिल होगा कि "कोई भी इसमें नहीं गया," बर्गेरॉन ने कहा, जिसने इस समस्या से निपटा। कोपेनहेगन विश्वविद्यालय में उनके डॉक्टरेट कार्य के हिस्से के रूप में परियोजना। लेकिन अपने सलाहकार के प्रोत्साहन से, गुओजी झांग चीन में कोपेनहेगन विश्वविद्यालय और झेजियांग यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन में बर्जरॉन ने भाग लिया।

बर्जरॉन और उनकी टीम ने सबसे पहले दुनिया भर के चिड़ियाघरों, खेतों, अनुसंधान संस्थानों और संग्रहालयों की प्रजातियों से पारिवारिक तिकड़ी - एक माँ, एक पिता और उनकी संतानों में से एक - के रक्त और ऊतक के नमूने एकत्र किए। फिर उन्होंने पीढ़ियों के बीच आनुवंशिक अंतर को इंगित करने के लिए प्रत्येक तिकड़ी में माता-पिता और संतानों के डीएनए की तुलना की।

यदि उन्हें किसी संतान के डीएनए के लगभग 50% में उत्परिवर्तन मिला, तो उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि यह संभवतः एक रोगाणु उत्परिवर्तन था - जो या तो मां के अंडे या पिता के शुक्राणु के माध्यम से विरासत में मिला था। प्राकृतिक चयन ऐसे उत्परिवर्तन पर सीधे कार्य कर सकता है। ऐसा माना जाता है कि कम बार होने वाले उत्परिवर्तन रोगाणु रेखा के बाहर के ऊतकों में अनायास घटित होते हैं; वे विकासवाद के लिए कम प्रासंगिक थे क्योंकि वे आगे नहीं बढ़ पाते थे।

(आश्चर्यजनक रूप से अक्सर, पारिवारिक तिकड़ी में बेमेल मेलों ने शोधकर्ताओं को बताया कि चिड़ियाघर द्वारा सूचीबद्ध पिता शिशुओं से असंबंधित थे। चिड़ियाघर के प्रतिनिधि अक्सर इस खबर पर कंधे उचकाते थे और कहते थे कि पिंजरे में दो नर रहे होंगे। "हाँ, ठीक है, दूसरा विजेता है," बर्जरॉन मजाक करेगा।)

अंत में, शोधकर्ताओं के पास 151 प्रयोग करने योग्य तिकड़ी थीं, जो शारीरिक, चयापचय और व्यवहारिक रूप से विविध प्रजातियों का प्रतिनिधित्व करती थीं, जैसे कि विशाल किलर व्हेल, छोटी सियामी लड़ाकू मछली, टेक्सास बैंडेड जेकॉस और इंसान। इसके बाद उन्होंने प्रजातियों की उत्परिवर्तन दरों की तुलना उन व्यवहारों और विशेषताओं से की, जिन्हें हम उनके जीवन इतिहास के नाम से जानते हैं। उन्होंने प्रत्येक प्रजाति के लिए एक सांख्यिकीय माप पर भी विचार किया जिसे प्रभावी जनसंख्या आकार कहा जाता है, जो मोटे तौर पर इस बात से मेल खाता है कि आनुवंशिक विविधता का प्रतिनिधित्व करने के लिए कितने व्यक्तियों की आवश्यकता है। (उदाहरण के लिए, यद्यपि आज मानव जनसंख्या 8 अरब है, वैज्ञानिक आमतौर पर हमारी प्रभावी जनसंख्या का आकार लगभग 10,000 या उससे कम होने का अनुमान लगाते हैं।) बर्जरॉन और उनके सहयोगियों ने संख्याओं में संघों के पैटर्न की तलाश की।

डेटा से जो सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्ष सामने आया, वह रोगाणु उत्परिवर्तन दरों की विस्तृत श्रृंखला थी। जब शोधकर्ताओं ने मापा कि प्रति पीढ़ी कितनी बार उत्परिवर्तन हुआ, तो प्रजातियों में केवल लगभग चालीस गुना का अंतर था, जो कि बर्जरॉन ने कहा कि शरीर के आकार, दीर्घायु और अन्य लक्षणों में अंतर की तुलना में काफी छोटा था। लेकिन जब उन्होंने प्रति पीढ़ी के बजाय प्रति वर्ष उत्परिवर्तन दरों को देखा, तो सीमा लगभग 120 गुना तक बढ़ गई, जो कि पिछले अध्ययनों से अधिक थी।

विविधता के स्रोत

अध्ययन लेखकों ने पाया कि किसी प्रजाति के लिए औसत प्रभावी जनसंख्या आकार जितना अधिक होगा, उसकी उत्परिवर्तन दर उतनी ही कम होगी। इसने "के लिए अच्छा सबूत प्रदान किया"बहाव-अवरोध परिकल्पना,'' जिसे लिंच ने लगभग एक दशक पहले तैयार किया था। लिंच ने बताया, "चयन लगातार उत्परिवर्तन दर को कम करने की कोशिश कर रहा है क्योंकि अधिकांश उत्परिवर्तन हानिकारक हैं।" लेकिन छोटे प्रभावी जनसंख्या आकार वाली प्रजातियों में, प्राकृतिक चयन कमजोर हो जाता है क्योंकि आनुवंशिक बहाव - उत्परिवर्तन के प्रसार पर शुद्ध संयोग का प्रभाव - मजबूत हो जाता है। इससे उत्परिवर्तन दर में वृद्धि हो सकती है।

निष्कर्ष वैज्ञानिक साहित्य में एक अन्य विचार का भी समर्थन करते हैं पुरुष-प्रेरित विकास परिकल्पना, जो प्रस्तावित करता है कि कुछ प्रजातियों के विकास में मादाओं की तुलना में नर अधिक उत्परिवर्तन का योगदान दे सकते हैं। बर्जरॉन और उनके सहयोगियों ने पाया कि रोगाणु उत्परिवर्तन दर मादाओं की तुलना में पुरुषों में अधिक होती है - कम से कम स्तनधारियों और पक्षियों में, हालांकि सरीसृपों और मछलियों में नहीं।

लेखकों ने उन मतभेदों का एक संभावित कारण नोट किया: क्योंकि सभी प्रजातियों में नर शुक्राणु बनाने के लिए लगातार अपने डीएनए की नकल करते हैं, उन्हें उत्परिवर्तन होने के अनंत अवसरों का सामना करना पड़ता है। मादा मछलियाँ और सरीसृप भी अपने पूरे जीवनकाल में अंडे बनाते हैं, इसलिए उनमें आनुवंशिक त्रुटि का समान जोखिम होता है। लेकिन मादा स्तनधारी और पक्षी अनिवार्य रूप से सभी अंडे कोशिकाओं के साथ पैदा होते हैं जो वे कभी भी पैदा करेंगे, इसलिए उनकी रोगाणु रेखाएं अधिक संरक्षित होती हैं।

शोधकर्ताओं ने जो विविधता पाई, उसमें जीवन इतिहास के लक्षण लगभग 18% के लिए जिम्मेदार थे। उनमें से सबसे बड़ा प्रभाव किसी प्रजाति के पीढ़ी समय से आया, औसत आयु जिस पर वह प्रजनन करती है: जैसे-जैसे माता-पिता की उम्र बढ़ी, वैसे-वैसे उत्परिवर्तन दर भी बढ़ी।

चूँकि बर्जरॉन ने मानव डेटा के अध्ययन में खुद को, अपने भाई और अपने माता-पिता को शामिल किया था, इसलिए वह इस पैटर्न को अपने परिवार में देख सकती है। उन्होंने कहा, "मुझमें मेरे भाई की तुलना में अधिक उत्परिवर्तन होते हैं, क्योंकि जब मेरे पिता मेरे पास थे, तब वे बड़े थे।"

परिपक्वता समय और संतानों की संख्या जैसे कारकों ने भी कुछ कशेरुकियों के लिए भूमिका निभाई, लेकिन उम्मीदों के विपरीत, शोधकर्ताओं को शरीर के आकार से संबंधित कोई प्रभाव नहीं मिला। एक लंबे समय से चली आ रही परिकल्पना है कि बड़े शरीर के आकार वाले प्राणियों को ऐसा करना चाहिए अधिक उत्परिवर्तन क्योंकि उनके पास अधिक कोशिकाएँ हैं और इस प्रकार डीएनए-कॉपी करने वाली मशीनरी के लिए गलतियाँ करने के अधिक अवसर हैं।

"यह देखकर आश्चर्य हुआ कि पीढ़ी का समय शरीर के आकार से कहीं अधिक महत्वपूर्ण लग रहा था," उन्होंने कहा केली हैरिसवाशिंगटन विश्वविद्यालय में जीनोम विज्ञान के सहायक प्रोफेसर। "पिछले साहित्य में, वे परिकल्पनाएँ समान स्तर पर हैं।"

हैरिस ने इन निष्कर्षों की सराहना करते हुए इन कुछ बड़े सवालों के जवाब देने की एक रोमांचक शुरुआत के रूप में सराहना की कि कौन से कारक उत्परिवर्तन दर और इस प्रकार विकास के सबसे महत्वपूर्ण निर्धारक हैं। इसके अलावा, अध्ययन यह संकेत देता है कि प्रकृति में कितनी जैव विविधता मौजूद है।

उन्होंने कहा, "जीवन की विविधता सिर्फ जानवर जैसे दिखते नहीं हैं।" "ये सभी लक्षण हैं जिन्हें आप देख नहीं सकते हैं, और इस तरह के अध्ययनों में इसका निरीक्षण करने में सक्षम होना जैव विविधता को और भी रोमांचक बनाता है।"