حیاتیات میں ایک طویل ترین سوال یہ ہے کہ ایک جاندار چیز جو یکساں خلیوں کے برانن بلاب کے طور پر شروع ہوتی ہے وقت کے ساتھ ساتھ متنوع بافتوں کے ساتھ ایک جاندار میں تبدیل ہوتی ہے، ہر ایک اپنے منفرد نمونوں اور خصوصیات کے ساتھ۔ جواب یہ بتائے گا کہ چیتے کو اپنے دھبے کیسے ملتے ہیں، زیبرا کو اپنی دھاریاں ملتی ہیں، درخت اپنی شاخیں حاصل کرتے ہیں اور حیاتیات میں پیٹرن کی نشوونما کے بہت سے راز ہیں۔ نصف صدی سے زائد عرصے سے، پسندیدہ وضاحت کی گئی ہے ایک خوبصورت ماڈل ریاضی دان ایلن ٹیورنگ کی طرف سے تجویز کردہ کیمیائی سگنلنگ پر مبنی ہے، جس نے کیا ہے بہت سی کامیابیاں.
لیکن سائنسدانوں کی بڑھتی ہوئی تعداد کو شک ہے کہ ٹورنگ کا نظریہ کہانی کا صرف ایک حصہ ہے۔ "میری رائے میں ہم اس بات سے اندھے ہو گئے ہیں کہ اسے صرف اس کی خوبصورتی کی وجہ سے کس حد تک وسیع پیمانے پر لاگو کیا جانا چاہئے،" کہا ایمی شائر، راکفیلر یونیورسٹی میں ایک ترقیاتی ماہر حیاتیات۔ اس کے خیال میں، سنکچن اور کمپریشن کی جسمانی قوتیں جو خلیوں کے بڑھنے اور تقسیم ہونے کے ساتھ ان پر عمل کرتی ہیں وہ بھی مرکزی کردار ادا کر سکتی ہیں۔
اور اب اس کے پاس اس کا ثبوت ہے۔ ایک ___ میں میں شائع شدہ کاغذ سیل مئی میں، شائر، اس کے شریک سینئر مصنف اور ساتھی ترقیاتی ماہر حیاتیات ایلن روڈریگس اور ان کے ساتھیوں نے دکھایا کہ مکینیکل قوتیں جنین چکن کی جلد کو بڑھتے ہوئے پنکھوں کے لیے پٹک بنانے کے لیے آمادہ کر سکتی ہیں۔ جس طرح سطح کا تناؤ پانی کو شیشے کی سطح پر کروی موتیوں میں کھینچ سکتا ہے، اسی طرح جنین کے اندر جسمانی تناؤ بھی ایسے نمونوں کو ترتیب دے سکتا ہے جو نشوونما اور نشوونما میں جین کی سرگرمی کی رہنمائی کرتے ہیں۔
جیسا کہ ایک جاندار بڑھتا اور ترقی کرتا ہے، اس کے بافتوں میں خلیے ایک دوسرے پر اور معاون پروٹین سہاروں (ایکسٹرا سیلولر میٹرکس) پر کھینچتے اور دھکیلتے ہیں جس سے وہ پیچیدہ طور پر جڑے ہوتے ہیں۔ کچھ محققین نے شبہ ظاہر کیا ہے کہ ان قوتوں میں تبدیلیوں کے ساتھ مل کر دباؤ اور خلیات کی سختی، پیچیدہ نمونوں کی تشکیل کی ہدایت کر سکتا ہے۔ تاہم، ابھی تک، کوئی مطالعہ ان جسمانی قوتوں کے اثر کو کیمیائی سٹو سے چھیڑنے کے قابل نہیں تھا جس میں وہ ابالتے ہیں۔
ایک پیٹرن نکالنا
راکفیلر یونیورسٹی میں مورفوجینیسیس کی لیبارٹری میں جس کی وہ مشترکہ طور پر رہنمائی کرتے ہیں، شائر اور روڈریگس نے چکن ایمبریو سے جلد کو ہٹایا اور خلیات کو الگ کرنے کے لیے ٹشو کو توڑ دیا۔ پھر انہوں نے سیلولر محلول کا ایک قطرہ پیٹری ڈش میں رکھا اور اسے ثقافت میں بڑھنے دیا۔ انہوں نے دیکھا کہ جلد کے خلیات ڈش کے فرش پر ایک انگوٹھی میں خود کو منظم کرتے ہیں — جیسے خلیات کی گیند کا 2-D ورژن جو عام طور پر جنین بن جاتا ہے۔ دھڑکتے اور سکڑتے ہوئے، خلیے ایکسٹرا سیلولر میٹرکس میں کولیجن ریشوں کو کھینچتے ہیں جسے وہ اپنے ارد گرد جمع کرتے ہیں۔ 48 گھنٹوں کے دوران، ریشے دھیرے دھیرے گھومتے، ایک دوسرے کے ساتھ جڑ جاتے اور پھر ایک دوسرے کو دھکیلتے، خلیات کے گچھے بناتے جو پنکھوں کے پٹک بن جاتے۔
"یہ اتنا صاف ستھرا، سادہ تجرباتی سیٹ اپ تھا، جہاں آپ ایک خوبصورت نمونہ دیکھ سکتے تھے اور اسے مقداری طور پر کنٹرول کرتے تھے،" کہا۔ برائن کیملی، جانس ہاپکنز یونیورسٹی کے ایک بایو فزیکسٹ جو مطالعہ میں شامل نہیں تھے۔
بعد میں، خلیے کے سنکچن اور دیگر متغیرات کی شرح کو ایڈجسٹ کرکے، محققین نے ظاہر کیا کہ جنین کے بڑے پیمانے پر جسمانی تناؤ پیٹرن کو براہ راست متاثر کرتا ہے۔ "میرے خیال میں سب سے بڑی حیرت کی بات یہ تھی کہ خلیات نے ایکسٹرا سیلولر میٹرکس کے ساتھ اس انتہائی متحرک انداز میں بات چیت کی، تاکہ یہ نمونے بنائے،" روڈریگس نے کہا۔ "ہم نے محسوس کیا کہ یہ دونوں کے درمیان ایک باہمی رقص ہے۔"
کیملی نے کہا، "اس سے پتہ چلتا ہے کہ پیٹرن کی تشکیل کو چلانے کے لیے سکڑاؤ کافی ہو سکتا ہے۔" "یہ واقعی ایک نیا ضروری ٹکڑا ہے۔"
میکانکس پہلے، جینز بعد میں؟
ریاضی دان ڈی آرسی وینٹ ورتھ تھامسن نے تجویز پیش کی کہ 1917 میں جسمانی قوتیں ترقی کی راہ دکھا سکتی ہیں۔ اپنی کتاب میں نمو اور فارم پر، تھامسن نے بتایا کہ کس طرح ٹارسنل قوتیں سینگ اور دانتوں کی تشکیل کو کنٹرول کرتی ہیں، انڈے اور دیگر کھوکھلی ڈھانچے کیسے ابھرتے ہیں، اور جیلی فش اور مائع کے قطروں کے درمیان مماثلت بھی۔
لیکن تھامسن کے خیالات کو بعد میں ٹورنگ کی وضاحت سے گرہن لگ گیا، جو جینز کی ابھرتی ہوئی سمجھ سے زیادہ آسانی سے جڑ گیا۔ اپنی موت سے دو سال پہلے شائع ہونے والے 1952 کے ایک مقالے میں، "مورفوگنیسیس کی کیمیکل بنیاد"، ٹورنگ نے تجویز کیا کہ کنکال میں دھبوں، دھاریوں اور حتیٰ کہ ہڈیوں کی مجسمہ شکل جیسے نمونے مورفوجینز نامی کیمیکلز کے گھماؤ والے میلان کا نتیجہ ہیں۔ ایک دوسرے کے ساتھ بات چیت کی کیونکہ وہ پورے خلیات میں غیر مساوی طور پر پھیل گئے تھے۔ ایک مالیکیولر بلیو پرنٹ کے طور پر کام کرتے ہوئے، مورفوجینز جینیاتی پروگراموں کو لات ماریں گے جس کی وجہ سے انگلیاں، دانتوں کی قطاریں یا دوسرے حصوں کی نشوونما ہوتی ہے۔
ٹورنگ کا نظریہ حیاتیات کے ماہرین میں اس کی سادگی کی وجہ سے محبوب تھا، اور یہ جلد ہی ترقیاتی حیاتیات کا بنیادی اصول بن گیا۔ "حیاتیات کے زیادہ تر میکانزم کے بارے میں اب بھی ایک مضبوط سالماتی اور جینیاتی نقطہ نظر موجود ہے،" Rodrigues نے کہا۔
لیکن اس حل سے کچھ غائب تھا۔ اگر کیمیائی مورفوجینز ترقی کو آگے بڑھاتے ہیں، تو شائر نے کہا، پھر سائنسدانوں کو یہ دکھانے کے قابل ہونا چاہیے کہ ایک دوسرے سے پہلے ہے - پہلے کیمیکل آتے ہیں، پھر پیٹرن۔
وہ اور روڈریگز کبھی بھی اسے لیب میں دکھانے کے قابل نہیں تھے۔ 2017 میں، انہوں نے چکن ایمبریو کی جلد کے چھوٹے چھوٹے ٹکڑے لیے اور قریب سے دیکھا کہ ٹشو ایک follicle بنانے کے لیے تیار ہو رہا ہے۔ دریں اثنا، انہوں نے follicle کی تشکیل میں ملوث جینوں کے فعال ہونے کا سراغ لگایا. انہوں نے جو پایا وہ یہ تھا کہ جین کا اظہار اسی وقت ہوا جب خلیات جمع ہوئے - لیکن اس سے پہلے نہیں۔
شائر نے کہا، "'پہلے جین کا اظہار، پھر میکانکس بعد میں' کے بجائے، یہ اس طرح تھا جیسے میکانکس ان شکلوں کو پیدا کر رہا تھا،" شائر نے کہا۔ بعد میں، انہوں نے ظاہر کیا کہ جین کو منظم کرنے والے کچھ کیمیکلز کو ہٹانے سے بھی اس عمل میں خلل نہیں پڑا۔ "اس نے یہ کہنے کے لیے ایک دروازہ کھولا، 'ارے، یہاں کچھ اور ہو سکتا ہے،'" اس نے کہا۔
حیاتیات کا فعال نرم معاملہ
شائر اور روڈریگس کو امید ہے کہ ان کے کام اور مستقبل کی تحقیقات سے طبیعیات کے کردار اور ترقی کے دوران کیمیکلز اور جینز کے ساتھ اس کے تعامل کو واضح کرنے میں مدد ملے گی۔
"ہم یہ محسوس کر رہے ہیں کہ تمام مالیکیولر جین اظہار، سگنلنگ اور سیل کی نقل و حرکت میں قوتوں کی پیداوار صرف ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ہیں،" کہا۔ ایڈون منرو، شکاگو یونیورسٹی میں ایک سالماتی حیاتیات جو مطالعہ میں شامل نہیں تھا۔
منرو کا خیال ہے کہ ایکسٹرا سیلولر میٹرکس کا کردار اس سے زیادہ اہم ہے جتنا کہ سائنس دانوں کو اس وقت احساس ہے، حالانکہ ترقی میں اس کے زیادہ مرکزی کردار کی پہچان تعمیر کر رہی ہے۔ مثال کے طور پر حالیہ تحقیق نے ایکسٹرا سیلولر میٹرکس کی قوتوں کو پھل کی مکھی کے انڈوں کی نشوونما سے جوڑ دیا ہے۔
روڈریگز نے اتفاق کیا۔ "یہ ایسا ہے جیسے خلیات اور ایکسٹرا سیلولر میٹرکس اپنے اندر اور خود ایک مواد بنا رہے ہیں،" انہوں نے کہا۔ وہ کنٹریکٹائل سیلز اور ایکسٹرا سیلولر میٹرکس کے اس جوڑے کو "فعال نرم مادہ" کے طور پر بیان کرتا ہے اور سوچتا ہے کہ یہ ماورائے خلوی قوتوں کے ذریعے برانن کی نشوونما کے ضابطے کے بارے میں سوچنے کے ایک نئے طریقے کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ مستقبل کے کام میں، وہ اور شائر کو امید ہے کہ وہ نشوونما میں جسمانی قوتوں کی مزید تفصیلات کو واضح کریں گے اور انہیں مالیکیولر نقطہ نظر کے ساتھ ضم کریں گے۔
"ہم سوچتے تھے کہ اگر ہم صرف جینوم کا زیادہ سے زیادہ گہرائی اور سختی کے ساتھ مطالعہ کریں تو یہ سب کچھ واضح ہو جائے گا،" شائر نے کہا، لیکن "اہم سوالات کے جوابات شاید جینوم کی سطح پر نہ ہوں۔" ایک بار ایسا لگتا تھا کہ خلیوں کے اندر جینز اور ان کی مصنوعات کے باہمی تعامل کے ذریعے ترقیاتی فیصلے کیے گئے تھے، لیکن ابھرتی ہوئی سچائی یہ ہے کہ "فیصلہ سازی خلیے سے باہر، خلیات کے ایک دوسرے کے ساتھ جسمانی تعامل کے ذریعے ہو سکتی ہے۔"
