चींटियां अपनी इंसुलिन प्रतिक्रियाओं को बदलकर 10 गुना ज्यादा जीती हैं

कई संतान पैदा करने वाले जानवरों का जीवन छोटा होता है, जबकि कम उपजाऊ प्रजातियां अधिक समय तक जीवित रहती हैं। कॉकरोच एक साल से भी कम उम्र में सैकड़ों अंडे देते हैं। चूहे अपने जीवन के एक या दो वर्ष के दौरान दर्जनों बच्चे पैदा करते हैं। हंपबैक व्हेल हर दो या तीन साल में केवल एक बछड़ा पैदा करती हैं और दशकों तक जीवित रहती हैं। अंगूठे का नियम विकासवादी रणनीतियों को दर्शाता है जो पोषण संबंधी संसाधनों को या तो जल्दी से पुनरुत्पादित करने या दीर्घकालिक लाभ के लिए अधिक मजबूत होने में मदद करता है।

लेकिन चींटी रानियों के पास यह सब हो सकता है। कुछ चींटियों की प्रजातियों में, रानियां 30 से अधिक वर्षों तक जीवित रहती हैं, जबकि वे हजारों-हजारों अंडे देती हैं जो घोंसले में सभी श्रमिक बन जाते हैं। इसके विपरीत, श्रमिक चींटियां, जो मादा हैं जो प्रजनन नहीं करती हैं, केवल महीनों तक जीवित रहती हैं। फिर भी यदि परिस्थितियाँ इसकी माँग करती हैं, तो कुछ प्रजातियों के श्रमिक घोंसले की भलाई के लिए छद्म-रानी बनने के लिए कदम बढ़ा सकते हैं - और अपने जीवन काल में एक महत्वपूर्ण विस्तार प्राप्त कर सकते हैं।

चींटियों के जीवन काल में इस विशाल सीमा को क्या नियंत्रित करता है, यह बहुत कम समझा गया है, लेकिन हाल के दो अध्ययनों से चींटियों के जीवन काल को इतना लचीला बनाने के बारे में महत्वपूर्ण विवरण सामने आए हैं। In विज्ञान, न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने दिखाया कि कुछ चींटी रानियां एक प्रोटीन का उत्पादन करती हैं जो इंसुलिन के उम्र बढ़ने के प्रभाव को दबा देती हैं ताकि वे अपने जीवन को कम किए बिना अंडे देने के लिए आवश्यक सभी अतिरिक्त भोजन का उपभोग कर सकें। और में एक पूर्वमुद्रण हाल ही में biorxiv.org सर्वर पर पोस्ट किया गया, जर्मनी में शोधकर्ताओं ने एक परजीवी का वर्णन किया जो एंटीऑक्सिडेंट और अन्य यौगिकों के एक समृद्ध कॉकटेल को स्रावित करके अपने चींटी मेजबानों के जीवन को बहुत लंबा कर देता है। दोनों अध्ययन इस प्रमाण को जोड़ते हैं कि जीवों के देखे गए जीवन काल का उनके जीनों द्वारा लगाई गई सीमाओं से बहुत कम लेना-देना है।

"उम्र बढ़ने के बारे में अधिकांश अध्ययन मॉडल जीवों पर किए जाते हैं जिनका जीवन काल बहुत कम होता है," कहा लॉरेंट केलरस्विट्जरलैंड में लॉज़ेन विश्वविद्यालय में पारिस्थितिकी और विकास के प्रोफेसर। सामाजिक कीड़े, उन्होंने समझाया, उम्र बढ़ने में जीन अभिव्यक्ति के महत्व का अध्ययन करने के लिए आकर्षक अवसर प्रदान करते हैं क्योंकि एक कॉलोनी में रानी और श्रमिकों में अक्सर एक ही जीनोम होता है, लेकिन परिमाण के एक क्रम से उनके जीवन काल में भिन्नता होती है। (दो दशक पहले, केलर ने दिखाया था कि चींटियों की रानियां पूर्वजों के अकेले कीटों से लगभग 100 गुना अधिक जीवित रहती हैं, जिनसे चींटियां विकसित हुई हैं।)

और क्योंकि कार्यकर्ता अल्पकालिक हैं, "आप यह पता लगाने की कोशिश कर सकते हैं कि उन्हें लंबे समय तक कैसे जीवित रखा जाए," कहा अर्जुन राजकुमार, एक पोस्टडॉक्टरल साथी जो अब मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में व्हाइटहेड इंस्टीट्यूट में वर्कर चींटियों पर प्रजनन संबंधी बाधाओं का अध्ययन करता है, जिसने हाल ही में मैकगिल विश्वविद्यालय में अपना स्नातक कार्य पूरा किया है। रोमांचक संभावना यह है कि कीड़ों के जीवन का विस्तार करने वाले चयापचय तंत्र मनुष्यों सहित अन्य प्रजातियों पर भी लागू हो सकते हैं। "हम यह समझना चाहते हैं कि आप किसी चीज़ को लंबे समय तक कैसे जीवित रखते हैं, न कि [सिर्फ] क्यों कोई चीज़ इतनी लंबी रहती है," उन्होंने कहा।

अधिक खाना जबकि बुढ़ापा कम

दशकों से, अध्ययनों ने इंसुलिन और बायोकेमिकल सिग्नलिंग सिस्टम की ओर इशारा किया है जो उम्र बढ़ने के प्रमुख नियामकों के रूप में सक्रिय होता है। इंसुलिन प्रभावित करता है कि शरीर की कोशिकाएं चीनी ग्लूकोज कैसे लेती हैं और इसका उपयोग करती हैं, इसलिए विकास, प्रजनन और मरम्मत के लिए कोशिकाओं को उपलब्ध ऊर्जा की मात्रा पर इसका मौलिक प्रभाव पड़ता है। इस प्रक्रिया में, यह संभावित रूप से हानिकारक मुक्त कणों और अन्य ऑक्सीकरण अणुओं की पीढ़ी को भी नियंत्रित करता है जो चयापचय के उपोत्पाद हैं। कई शोधकर्ताओं को संदेह है कि यही कारण है कि कैलोरी प्रतिबंध आहार, जो इंसुलिन के स्तर को कम रखता है, कई प्रजातियों में जीवन काल बढ़ाता है।

इसके अलावा, चींटियों के लिए इंसुलिन का महत्व बढ़ गया है। कई साल पहले, विकासवादी जीवविज्ञानी के नेतृत्व में कार्य डेनियल क्रोनॉयर रॉकफेलर यूनिवर्सिटी में दिखाया गया है कि में परिवर्तन चींटियाँ इंसुलिन का जवाब कैसे देती हैं ऐसा प्रतीत होता है कि उन्होंने उन्हें प्रजनन रानियों और अनुत्पादक श्रमिकों के साथ परोपकारी औपनिवेशिक समाजों को विकसित करने के लिए राजी किया है।

तो चार साल पहले, जब विक्रम चंद्र रॉकफेलर विश्वविद्यालय में एक स्नातक छात्र था जो चींटी रानियों और श्रमिकों के बीच अंतर का अध्ययन कर रहा था, इंसुलिन उसके दिमाग में बहुत था। वह और इंग्रिड फ़ेटर-प्रुनेडाउस समय लैब में एक पोस्टडॉक्टरल फेलो, ने एक टीम का सह-नेतृत्व किया, जिसने सात चींटी प्रजातियों में जीन अभिव्यक्ति को देखा और निष्कर्ष निकाला कि श्रमिकों की तुलना में रानियों के मस्तिष्क में अधिक इंसुलिन संकेतन हुआ। जब उन्होंने श्रमिक चींटियों को इंसुलिन का इंजेक्शन लगाया, तो इससे उनके निष्क्रिय अंडाशय सक्रिय हो गए और अंडे का विकास शुरू हो गया। अध्ययन की देखरेख करने वाले क्रोनॉयर के अनुसार, इन निष्कर्षों से पता चला कि इंसुलिन सिग्नलिंग के कारण चींटियाँ प्रजनन योग्य हो गईं।

उस खोज ने जीवविज्ञानियों के बीच दीर्घकालिक सहयोग के हिस्से के रूप में किए गए नए कार्य की नींव रखी क्लाउड डेसप्लान और डैनी रेनबर्ग न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय में। उन्होंने दिखाया कि विकास ने चींटियों में इंसुलिन सिग्नलिंग मार्ग के कुछ घटकों को इस तरह से बदल दिया है जो समझा सकता है कि रानियां लंबे समय तक क्यों जीवित रहती हैं।

डेसप्लान और रेनबर्ग ने भारतीय कूदती चींटियों का अध्ययन किया (हार्पेग्नाथोस सॉल्टेटर), जिनकी रानियाँ लगभग पाँच वर्ष जीवित रहती हैं और जिनके कर्मचारी लगभग सात महीने ही जीवित रहते हैं। लेकिन इस प्रजाति में, जीवन काल में यह अंतर पत्थर की लकीर नहीं है। यदि कोई रानी मर जाती है या कॉलोनी से निकाल दी जाती है, तो श्रमिकों को उसकी गंध के गायब होने से लगभग तुरंत परिवर्तन महसूस होता है। उनमें से कुछ तब "गेमरगेट्स" (छद्म-रानी) बन जाते हैं जो उसकी जगह लेने के लिए प्रभुत्व के लिए द्वंद्वयुद्ध करते हैं। आखिरकार, मुट्ठी भर विजयी गेमरगेट्स - आमतौर पर तीन और पांच के बीच - संयुक्त रूप से कॉलोनी के लिए अंडे की परतों के रूप में रानी की भूमिका निभाते हैं। अन्य कार्यकर्ता तब "पुलिस" किसी भी अतिश्योक्तिपूर्ण गेमरगेट्स को अंडे देने से जबरन दबाते हैं।

गेमरगेट्स का व्यवहार केवल एक चीज नहीं है जो बदलता है, हालांकि: वे कार्यात्मक अंडाशय विकसित करते हैं और अंडे दे सकते हैं - और उनका जीवन काल तीन या चार साल तक बढ़ जाता है। क्योंकि गेमरगेट्स रानियों की तरह उर्वर नहीं होते हैं, आमतौर पर रानी के अंडों के उत्पादन को बदलने के लिए उनमें से तीन से पांच तक का समय लगता है। यदि एक गेमरगेट को एक कॉलोनी में पेश किया जाता है जहां एक रानी रह रही है, तो गेमरगेट एक कार्यकर्ता होने का सम्मान करता है और उसका जीवन काल कम हो जाता है।

जब कोई कार्यकर्ता गेमरगेट बन जाता है, तो उसका चयापचय बदल जाता है। वह अधिक खाती है, और इसके परिणामस्वरूप उसके इंसुलिन के स्तर में वृद्धि उसके अंडाशय के विकास को ट्रिगर करती है। वह अंडे में पैक किए गए लिपिड बनाने के लिए भोजन का उपयोग करती है। लेकिन इंसुलिन और उम्र बढ़ने के पिछले अध्ययनों से, एनवाईयू के शोधकर्ताओं ने उम्मीद की थी कि अधिक इंसुलिन सिग्नलिंग को कम जीवन काल से जोड़ा जाएगा, न कि लंबे समय तक।

शोधकर्ताओं ने उत्तर को इंसुलिन सिग्नलिंग के विवरण में छिपा हुआ पाया। जब इंसुलिन अपने रिसेप्टर को कोशिका की सतह पर बांधता है, तो यह कोशिका के अंदर दो अलग-अलग रासायनिक मार्गों सहित प्रतिक्रियाओं के कैस्केड को बंद कर देता है। एक मार्ग एमएपी किनेज नामक एंजाइम को सक्रिय करता है और चयापचय और अंडाशय के विकास के लिए महत्वपूर्ण है। दूसरा मार्ग एक प्रतिलेखन कारक को दबा देता है जो लंबे जीवन काल को बढ़ावा देता है। शोधकर्ताओं के आश्चर्य के लिए, जब उन्होंने गैमर्जेट्स में अंडाशय और वसा शरीर (जो मोटे तौर पर स्तनधारी यकृत के बराबर है) को देखा, तो उन्होंने पाया कि एमएपी किनेज मार्ग सक्रिय था लेकिन दूसरा नहीं था।

आगे के काम से पता चला कि गैमर्जेट्स के अंडाशय ने प्रोटीन, आईएमपी-एल 2 को दृढ़ता से व्यक्त किया, जिसने एमएपी किनेज मार्ग को नजरअंदाज कर दिया लेकिन वसा शरीर में दूसरे मार्ग से हस्तक्षेप किया। "यह प्रोटीन एक मार्ग की रक्षा करने का कार्य करता है जो चयापचय की अनुमति देता है, लेकिन उस मार्ग को बाधित करता है जो उम्र बढ़ने की ओर जाता है," डेसप्लान ने कहा।

अन्य शोधकर्ता बताते हैं कि नया अध्ययन निश्चित रूप से यह नहीं दिखाता है कि Imp-L2 जीवन काल को प्रभावित करता है: Desplan और Reinberg ने सीधे तौर पर यह परीक्षण नहीं किया कि क्या श्रमिकों में प्रोटीन को सक्रिय करने से वे लंबे समय तक जीवित रहेंगे या यदि गेमरगेट्स में इसे बाधित करने से वे मर जाएंगे जल्दी। इस तरह के प्रयोग चुनौतीपूर्ण हैं क्योंकि उन्हें चींटियों को महीनों या वर्षों तक इंसुलिन अवरोधकों के साथ इंजेक्शन लगाने की आवश्यकता हो सकती है।

फिर भी, Desplan और Reinberg का प्रस्ताव है कि चींटियाँ इंसुलिन सिग्नलिंग सिस्टम की विभिन्न शाखाओं में हेरफेर कर रही हैं, "वास्तव में प्रशंसनीय, दिलचस्प परिकल्पना है," चंद्रा ने कहा, जो वर्तमान में हार्वर्ड विश्वविद्यालय में पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता हैं। "अगर यह परीक्षण करने के लिए और अधिक प्रयोगशालाओं को उत्तेजित करता है, तो यह बहुत अच्छा होगा।"

चूंकि चींटियों की तुलना में फलों की मक्खियों पर आनुवंशिक प्रयोग करना आसान है, डेसप्लान की टीम अब यह देख रही है कि क्या वे चींटियों के जीवन काल को बढ़ा सकते हैं ड्रोसोफिला फल मक्खियों Imp-L2 की अपनी अभिव्यक्ति को सक्रिय करके। किसी दिन, डेसप्लान चूहों में भी प्रयोग करने की उम्मीद करता है। "हमारे पास करने के लिए बहुत रोमांचक काम है," उन्होंने कहा।

परजीवी जो जीवन को लंबा करता है

एक अजीब मोड़ में, ऐसा लगता है कि प्रकृति ने पहले से ही एक अन्य प्रजाति में इसी तरह के प्रयोग का अपना संस्करण चलाया है। जर्मनी में शोधकर्ताओं ने हाल ही में पता लगाया है कि एक परजीवी टैपवार्म ने अपने स्वयं के लाभ के लिए चींटी के जीवन काल की अत्यधिक प्लास्टिसिटी में हेरफेर करने की क्षमता विकसित कर ली है।

टेपवर्म को अपने जीवन का कुछ हिस्सा बलूत की चींटियों के अंदर बिताना चाहिए (टेम्नोथोरैक्स नाइलैंडेरी), जो अपना नाम उन घोंसलों से प्राप्त करते हैं जो वे अलग-अलग एकोर्न के अंदर बनाते हैं। जब कर्मचारी चारे के लिए बाहर जाते हैं, तो वे कभी-कभी फीताकृमि का अंडा खा लेते हैं और संक्रमित हो जाते हैं। लेकिन अपने जीवन चक्र को पूरा करने के लिए, टेपवर्म को एक कठफोड़वा को भी संक्रमित करना पड़ता है, और उसे वह अवसर मिलता है जब कठफोड़वा चींटियों के बलूत के घरों को खाते हैं।

कुछ साल पहले, सारा बेरोस, की प्रयोगशाला में एक छात्रा सुसैन फोत्ज़िक जर्मनी में मेंज के जोहान्स गुटेनबर्ग विश्वविद्यालय में, कुछ एकोर्न चींटियों के घोंसले खोले और अजीब खोज की कि जबकि सभी असंक्रमित श्रमिकों की उनके अवलोकन के महीनों के दौरान मृत्यु हो गई, संक्रमित लोगों की मृत्यु नहीं हुई। (परजीवीकृत चींटियों की पहचान करना आसान है क्योंकि उनका रंग भूरे से पीले रंग में बदल जाता है।) जब बेरोस ने फोइट्ज़िक को इसके बारे में बताया, तो फ़ित्ज़िक सोच को याद करते हैं, "यह संभव नहीं है। सबकुछ खत्म हो जाएगा।" लेकिन बेरोस जिद कर रहे थे, "और इसलिए हमने इसे ठीक से देखा।"

काम में सामाजिक कीड़ों के अध्ययन के लिए अंतर्राष्ट्रीय संघ की बैठक में पिछली गर्मियों में प्रस्तुत किया गया और क्रिसमस से ठीक पहले पोस्ट किया गया biorxiv.org प्रीप्रिंट सर्वर, फोइट्ज़िक की टीम ने दिखाया कि चींटियों में टैपवार्म के लार्वा चरण के दौरान, यह प्रोटीन को चींटी के रक्त के बराबर (हेमोलिम्फ) में पंप करता है जो कार्यकर्ता के जीवन काल को नाटकीय रूप से बढ़ाता है। भारतीय कूदने वाली चींटियों के विपरीत, एकोर्न चींटियां आमतौर पर गेमरगेट्स में विकसित नहीं होती हैं, इसलिए उनके जीवन के परजीवी के विस्तार की कोई प्राकृतिक मिसाल नहीं है।

"प्रभाव बहुत मजबूत है," क्रोनॉयर ने कहा। तीन साल के प्रयोग के दौरान, संक्रमित श्रमिक असंक्रमित लोगों की तुलना में पांच गुना अधिक जीवित रहे और मृत्यु दर रानियों की तुलना में कम दिखाई दी। परजीवी के हेरफेर ने श्रमिकों के जीवन काल को इतना बढ़ा दिया कि "मूल रूप से आप इसे एक रानी से अलग नहीं कर सकते," उन्होंने कहा।

हालांकि संक्रमित एकोर्न चींटी श्रमिक प्रजनन नहीं करते हैं, वे कई मामलों में अधिक रानी की तरह बन जाते हैं, फोइट्ज़िक ने कहा: वे कम काम करते हैं और कॉलोनी में असंक्रमित श्रमिकों से अधिक चौकस देखभाल करते हैं। यदि रानी को घोंसले से निकाल दिया जाता है, तो वे अंडाशय विकसित करने वाले पहले श्रमिक भी होते हैं।

फोइट्ज़िक और उनकी टीम ने पाया कि टैपवार्म लार्वा संक्रमित चींटियों के हेमोलिम्फ में 250 से अधिक प्रोटीन का उत्पादन और स्राव करता है - सभी परिसंचारी प्रोटीनों का लगभग 7% बनाने के लिए पर्याप्त है। अधिकांश प्रोटीनों की विशेषता नहीं है, लेकिन उनमें से दो एंटीऑक्सिडेंट के रूप में पहचाने जाने योग्य हैं। "तो ऐसा लगता है कि [टेपवार्म] चींटी में एंटीऑक्सिडेंट जारी कर रहा है, और इससे जीवन काल बढ़ सकता है," उसने कहा।

जब फोट्ज़िक और उनकी टीम ने परजीवीकृत चींटियों में जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन को मापा, तो उन्होंने पाया कि संक्रमित चींटियाँ अधिक एंटीऑक्सीडेंट भी बना रही थीं। इसके अलावा, रानियां और संक्रमित श्रमिक नामक जीन के अधिक व्यक्त कर रहे थे चांदी, लेकिन असंक्रमित कर्मचारी नहीं थे। शोधकर्ताओं ने पहले लिंक किया था चांदी फल मक्खियों में एक विस्तारित जीवन काल के लिए जीन।

हालांकि यह स्पष्ट है कि विकासात्मक और उपापचयी परिवर्तनों का एक सूट तब होता है जब कार्यकर्ता अधिक रानी के समान हो जाते हैं, यह भेद करना मुश्किल है कि कौन से परिवर्तन जीवन काल को बढ़ाने के लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं। इंसुलिन और एंटीऑक्सिडेंट महत्वपूर्ण हैं, लेकिन केलर को लगता है कि कई अन्य कारकों की भी भूमिका निभाने की संभावना है। "तो मुझे लगता है कि एक भी रास्ता नहीं होगा जो जीवन काल में अंतर को समझाएगा - आपको शायद कई चीजों को बदलने की जरूरत है," उन्होंने कहा।

केलर को लगता है कि परजीवियों के बारे में निष्कर्ष आकर्षक हैं क्योंकि परजीवी आमतौर पर जीवन को लंबा करने के बजाय छोटा करते हैं। लेकिन इस मामले में, चींटी के जीवन काल का विस्तार भी परजीवी के लिए अनुकूल प्रतीत होता है: टेपवर्म को संक्रमित चींटी में लंबे समय तक बने रहने की जरूरत होती है ताकि एक कठफोड़वा बलूत का फल ढूंढ सके और उसे खा सके। यदि इससे पहले कर्मचारी की मृत्यु हो जाती है, तो फीताकृमि उसके साथ मर जाता है। कार्यकर्ता के जीवन को वर्षों तक लंबा करके, टैपवार्म उन बाधाओं को सुधारता है जो एक कठफोड़वा अंततः दिखाएगा। हेमोलिम्फ में एंटीऑक्सीडेंट की प्रचुरता भी टैपवार्म लार्वा को तब तक जीवित रहने में मदद कर सकती है जब तक उनके मेजबान करते हैं।

"यहाँ परजीवी एक सामाजिक मेजबान का शोषण कर रहा है," फोत्ज़िक ने समझाया। एकान्त अकशेरूकीय परजीविता करने का कोई अर्थ नहीं होगा क्योंकि वे इतने लंबे समय तक जीवित नहीं रहते। "लेकिन एक सामाजिक कीट में, जहां रानियां पहले से ही 20 साल तक घोंसले की सुरक्षा में रहती हैं, आप उस तरह की चाल खेल सकते हैं।"

सुधार: 10 जनवरी, 2023
इस लेख के पुराने संस्करण में चींटी जातियों के बीच जीन अभिव्यक्ति में अंतर पर चंद्रा के साथ अध्ययन में फेटर-प्रुनेडा के योगदान का उल्लेख करने की उपेक्षा की गई थी।