مائکروبس نے ایک 'پروٹون پمپ' سے فوٹو سنتھیس کی سپر پاور حاصل کی | کوانٹا میگزین

ایک گھنے بارشی جنگل یا دیگر سبز زمینی پودوں کا خیال سب سے پہلے فوٹو سنتھیس کے ذکر پر ذہن میں آتا ہے۔ اس کے باوجود فائٹوپلانکٹن کے بادل جو سمندروں کو بھرتے ہیں فطرت میں اس عمل کے بڑے محرک ہیں۔ پودوں جیسے واحد خلیے والے آبی جرثومے فضا میں 50 فیصد سے زیادہ آکسیجن پیدا کرتے ہیں، اور وہ کاربن ڈائی آکسائیڈ کا تقریباً نصف جذب کرتے ہیں، اسے گلوکوز، چکنائی، پروٹین اور دیگر نامیاتی مالیکیولز میں تبدیل کرتے ہیں جو سمندروں کے کھانے کے جال کو پروان چڑھاتے ہیں۔ .

A حال ہی میں شائع شدہ مطالعہ in موجودہ حیاتیات آخر کار اس بے مثال فوٹو سنتھیٹک کارکردگی کے ماخذ کا پتہ لگاتا ہے، جس نے طویل عرصے سے سائنسدانوں کو حیران کر رکھا ہے۔ نئی تحقیق سے پتا چلا ہے کہ کچھ فائٹوپلانکٹن ایک اضافی اندرونی جھلی سے لیس ہوتے ہیں جو ایک "پروٹون پمپ" انزائم لے جاتے ہیں جو کاربن ڈائی آکسائیڈ کو دوسرے مادوں میں تبدیل کرنے کی صلاحیت کو سپرچارج کرتا ہے۔ اس ایک پروٹین ترمیم کی وجہ سے اضافہ ہوا میں تقریباً 12% آکسیجن اور سمندر میں موجود تمام کاربن "فکسڈ" (نامیاتی مرکبات میں بند) کے 25% کی پیداوار میں حصہ ڈالتا ہے۔

حیرت کی بات یہ ہے کہ ایسا لگتا ہے کہ فوٹوسنتھیٹک اختراع اتفاق سے ایک جھلی پروٹین سے تیار ہوئی ہے جو اصل میں فائٹوپلانکٹن کے آباؤ اجداد میں ہاضمے کے لیے استعمال ہوتا تھا۔ فوٹو سنتھیسس میں خلیات کی صلاحیت کی وضاحت کرنے کے علاوہ، نیا کام اس نظریہ کی تصدیق کرنے میں مدد کرتا ہے کہ وہ فائٹوپلانکٹن ایک پروٹوزوآن اور ایک لچکدار سبز الگا کے درمیان ایک سمبیوٹک اتحاد کے ذریعے پیدا ہوئے۔

"مجھے یہ حیران کن لگتا ہے کہ ایک پروٹون انزائم جسے ہم کئی دہائیوں سے جانتے ہیں زمین پر اس طرح کے ایک اہم واقعہ کو برقرار رکھنے کے لئے ذمہ دار ہے،" کہا۔ ڈینس براؤن، ہارورڈ میڈیکل اسکول میں سیل بائیولوجسٹ جو جھلی پروٹین کے افعال کا مطالعہ کرتا ہے اور مطالعہ میں شامل نہیں تھا۔

محققین جانتے تھے کہ فائٹوپلانکٹن کی کچھ کلاسیں - ڈائیٹمس، ڈائنوفلیجلیٹس اور کوکولتھوفورس - اپنی غیر معمولی روشنی سنتھیٹک صلاحیتوں کے لیے نمایاں ہیں۔ وہ خلیے اپنے ماحول سے کاربن ڈائی آکسائیڈ کو جذب کرنے اور فوٹو سنتھیس کے لیے اسے اپنے کلوروپلاسٹ کی طرف لے جانے میں انتہائی ماہر ہیں، لیکن اس میں وہ اتنے اچھے کیوں ہیں اس کی تفصیلات بہت واضح نہیں ہیں۔ تاہم، فائٹوپلانکٹن کے ان تین گروہوں کے لیے منفرد خصوصیت یہ ہے کہ ان کے کلوروپلاسٹ کے گرد ایک اضافی جھلی ہوتی ہے۔

سات سال پہلے، مائکرو بایولوجسٹ ڈینیئل یینئی تحقیق کے مرکزی مصنف، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سان ڈیاگو میں اسکرپس انسٹی ٹیوشن آف اوشیانوگرافی میں ڈاکٹریٹ کے لیے ڈائیٹمز کا مطالعہ کر رہے تھے۔ فوٹو سنتھیس اس کا فوکس نہیں تھا۔ اس نے یہ سمجھنے کی کوشش کی کہ ڈائیٹوم کس طرح اپنی اندرونی تیزابیت کو منظم کرتے ہیں تاکہ غذائی اجزاء کو ذخیرہ کرنے میں مدد مل سکے اور اپنی سخت سیلیکا سیل دیوار کی تعمیر کی جا سکے۔ لیکن وہ ان کے کلوروپلاسٹ کے ارد گرد منفرد اضافی جھلی کو دیکھتا رہا۔

اس نے سیکھا کہ اضافی جھلی وسیع پیمانے پر محققین کی طرف سے ایک قدیم، ناکام عمل انہضام کی باقیات کے طور پر سمجھا جاتا ہے. سائنس دانوں نے قیاس کیا کہ تقریباً 200 ملین سال پہلے، ایک شکاری پروٹوزوان نے ایک خلیے والے فوٹوسنتھیٹک الگا پر کھانا کھانے کی کوشش کی۔ اس نے لچکدار طحالب کو جھلی کے ڈھانچے میں لپیٹ لیا جسے ہضم کرنے کے لیے فوڈ ویکیول کہا جاتا ہے، لیکن نامعلوم وجوہات کی بنا پر، عمل انہضام نہیں ہوا۔ اس کے بجائے، الگا زندہ رہا اور پروٹوزوان کا ایک سمبیوٹک پارٹنر بن گیا، اسے اس کے فتوسنتھیس کا پھل کھلایا۔ یہ پارٹنرشپ نسلوں میں گہرا ہوتا گیا یہاں تک کہ نئے دو میں سے ایک جاندار ان ڈائیٹمز میں تیار ہو گئے جنہیں ہم آج جانتے ہیں۔ لیکن جھلی کی اضافی تہہ جو کہ کھانے کا خلا تھا کبھی غائب نہیں ہوا۔

1990 کی دہائی کے آخر میں، کچھ سائنسدانوں نے قیاس کیا۔ کہ سابقہ ​​فوڈ ویکیول میں اب بھی ایک ٹرانس میبرن چینل پروٹین لے جانے کا امکان تھا جسے پروٹون پمپ کہتے ہیں۔ مائکرو بایولوجسٹ نے وضاحت کی کہ پروٹون پمپ انتہائی ورسٹائل مالیکیولز ہیں جو حیاتیات میں متنوع کاموں کے لیے مہارت حاصل کر سکتے ہیں، ہضم سے لے کر خون کی تیزابیت کو منظم کرنے سے لے کر نیوران کو سگنل بھیجنے میں مدد کرنے تک۔ مارٹن Tresguerres، نئے مطالعہ کے سینئر شریک مصنف اور یو سی ایس ڈی میں یی کے سابق مشیر۔ ستنداریوں میں، ایک قسم کا پروٹون پمپ ہڈیوں کے ان حصوں کے اندر انتہائی سنکنرن تیزابیت پیدا کر سکتا ہے تاکہ ان کی معدنی ساخت کو توڑ کر وقت کے ساتھ ساتھ تحلیل کر سکے۔

یی نے پایا کہ وہی پروٹون پمپ ڈائیٹوم کو اپنے سخت سلکا شیل بنانے میں بھی مدد کرتا ہے۔ لیکن پروٹون پمپ کی استعداد اور کلوروپلاسٹ کے ساتھ اس کی براہ راست وابستگی کو دیکھتے ہوئے، وہ اس بات پر قائل ہو گیا کہ اس نے اور بھی کام کیا۔

سالماتی حیاتیات کی تکنیکوں کے امتزاج کا استعمال کرتے ہوئے، یی اور ان کی ٹیم نے تصدیق کی کہ فائٹوپلانکٹن کلوروپلاسٹ کے ارد گرد اضافی جھلی ایک فعال، فعال پروٹون پمپ پر مشتمل ہے - جسے VHA کہا جاتا ہے جو اکثر کھانے کے خلا میں ہاضمہ کا کردار ادا کرتا ہے۔ یہاں تک کہ انہوں نے پروٹون پمپ کو فلوروسینٹ پروٹین میں ملایا تاکہ وہ اسے حقیقی وقت میں کام کرتے دیکھ سکیں۔ ان کے مشاہدات نے endosymbiotic تھیوری کی تائید کی کہ ڈائیٹمز نے اپنے کلوروپلاسٹ کے گرد اضافی جھلی کیسے حاصل کی۔

Yee، Tresguerres اور ان کے ساتھی اس بارے میں بھی متجسس تھے کہ پروٹون پمپ کلوروپلاسٹ کی فوٹوسنتھیٹک سرگرمی کو کیسے متاثر کر سکتا ہے۔ یہ معلوم کرنے کے لیے، انہوں نے پروٹون پمپ کے آپریشن کو روکنے کے لیے ایک روک تھام کرنے والی دوا، concanamycin A کا استعمال کیا جب کہ انھوں نے اس بات کی نگرانی کی کہ فائٹوپلانکٹن کاربن کو کاربونیٹ میں کتنا شامل کرتا ہے اور آکسیجن پیدا کرتا ہے۔ انہوں نے پایا کہ پروٹون پمپ کی روک تھام نے خلیات میں کاربن فکسشن اور آکسیجن کی پیداوار دونوں میں نمایاں کمی کی ہے۔

مزید کام نے انہیں یہ سمجھنے میں مدد کی کہ پمپ نے کلوروپلاسٹ کے قریب کاربن کو مرتکز کرکے فوٹو سنتھیس کو بڑھایا۔ پمپ نے پروٹون کو سائٹوپلازم سے اضافی جھلی اور کلوروپلاسٹ کے درمیان والے ٹوکری میں منتقل کیا۔ کمپارٹمنٹ میں بڑھتی ہوئی تیزابیت کی وجہ سے زیادہ کاربن (بائی کاربونیٹ آئنوں کی شکل میں) ڈبے میں پھیل کر اسے بے اثر کر دیتا ہے۔ انزائمز نے بائی کاربونیٹ کو واپس کاربن ڈائی آکسائیڈ میں تبدیل کر دیا، جو اس وقت آسانی سے کلوروپلاسٹ کے کاربن فکسنگ انزائمز کے قریب تھا۔

پورے عالمی سمندر میں اضافی جھلی کے ساتھ ڈائیٹمز اور دیگر فائٹوپلانکٹن کی تقسیم کے اعدادوشمار کا استعمال کرتے ہوئے، محققین نے یہ ظاہر کیا کہ VHA جھلی پروٹین کی کارکردگی میں یہ اضافہ زمین کی ماحولیاتی آکسیجن کا تقریباً 12 فیصد ہے۔ یہ ہر سال طے شدہ تمام سمندری کاربن میں 7% اور 25% کے درمیان حصہ ڈالتا ہے۔ یہ کم از کم 3.5 بلین ٹن کاربن ہے - جو عالمی ہوا بازی کی صنعت سالانہ خارج کرتی ہے اس سے تقریباً چار گنا زیادہ ہے۔ محققین کے اندازے کے اونچے سرے پر، VHA ایک سال میں 13.5 بلین ٹن کاربن کو باندھنے کا ذمہ دار ہو سکتا ہے۔

موسمیاتی تبدیلی کے اثرات کا اندازہ لگاتے وقت سائنسدان اب اس عنصر کو دیگر تحفظات میں شامل کر سکتے ہیں کہ کتنی تیزی سے ماحولیاتی کاربن ڈائی آکسائیڈ نامیاتی مالیکیولز میں طے ہوتی ہے، جو یہ بتاتی ہے کہ سیارہ کتنی تیزی سے گرم ہوتا رہے گا۔ یہ اس بات پر بھی بحث کرتا ہے کہ آیا سمندری تیزابیت میں تبدیلی کا کاربن کے تعین اور آکسیجن کی پیداوار کی شرحوں پر براہ راست اثر پڑے گا۔ یی نے کہا کہ سائنسدان یہ پوچھنا بھی شروع کر سکتے ہیں کہ کیا نئے دریافت شدہ میکانزم پر مبنی بائیوٹیکنالوجی کے حل موسمیاتی تبدیلی کو محدود کرنے کے لیے کاربن کے حصول کے عمل کو بڑھا سکتے ہیں۔

جی، اب کون ہے؟ ایک پوسٹ ڈاکٹریٹ ساتھی گرینوبل میں فرانسیسی نیشنل سینٹر فار سائنٹیفک ریسرچ کی سیل اینڈ پلانٹ فزیالوجی لیبارٹری میں، اس بات پر فخر ہے کہ ان کی ٹیم ایک نیا طریقہ کار فراہم کرنے میں کامیاب رہی کہ اس طرح کے ماحولیاتی لحاظ سے اہم زندگی کی شکل میں فوٹو سنتھیس کیسے ہوتا ہے۔

"لیکن ہمیں یہ بھی احساس ہے،" انہوں نے کہا، "ہم جتنا زیادہ سیکھتے ہیں، اتنا ہی کم جانتے ہیں۔"