पृथ्वी पर जीवन की रक्षा करने की कुंजी यह बारकोडिंग हो सकती है

अफ्रीकी सवाना घूमने वाले शाकाहारी लोग बड़े पैमाने पर हैं, और वे बहुत खाते हैं। फिर भी किसी तरह, वे सभी एक ही स्थान पर रहते हैं, जो एक ही स्थान पर वनस्पतियों द्वारा समर्थित हैं। 2013 में, पारिस्थितिकीविदों ने जानना चाहा कि यह कैसे काम करता है। हालाँकि, क्योंकि हाथी, ज़ेबरा, भैंस और आवला घूमने के लिए कई मीलों तक घूमते हैं और उन्हें खाने वाले शरारती इंसानों के शौकीन नहीं होते, इसलिए उनकी डाइट का पता लगाना लगभग असंभव था।

शोधकर्ताओं को छोड़ दिया गया था, जैसा कि वे अक्सर करते हैं, पूप की जांच करने के लिए। लेकिन पचे हुए पौधों को अकेले मानव की आंखों से पहचानना असंभव था। तो इस पहेली के लिए, वे एक नई आनुवांशिक तकनीक थी, जो DNA बारकोडिंग थी।

संबंधित सामग्री

• प्रजाति बनने का क्या मतलब है? जेनेटिक्स उत्तर बदल रहा है
• कैसे वैज्ञानिक वन्यजीव रहस्यों को सुलझाने के लिए बचे हुए डीएनए के नन्हे बिट्स का उपयोग करते हैं

इकोलॉजिस्ट्स ने लैब में सैंपल लिए और पौधे के डीएनए अवशेष को खंगालते रहे, एक विशिष्ट जीन की तलाश की, जिसे साइटोक्रोम सी ऑक्सीडेज I के रूप में जाना जाता है। सेल के माइटोकॉन्ड्रिया में इसके स्थान के कारण, जीन, जिसे शॉर्ट के लिए सीओआई के रूप में जाना जाता है, की उत्परिवर्तन दर मोटे तौर पर होती है। डीएनए के अन्य रूपों के तीन गुना। इसका मतलब है कि यह और भी स्पष्ट रूप से बहुत बारीकी से संबंधित जीवों के बीच आनुवंशिक अंतर दिखाएगा, जिससे पक्षियों से लेकर तितलियों तक के समूहों में अलग-अलग प्रजातियों को चिढ़ाने का एक उपयोगी तरीका है - जैसे कि आपकी शर्ट के अंदर टैग, या किराने की दुकान बारकोड।

इस सरल विधि के लिए, जिसे बार बार डीएनए बारकोडिंग के रूप में जाना जाता है, हम एक ऐसे आनुवंशिकीविद् का धन्यवाद कर सकते हैं, जिसने स्वयं को "पारंपरिक" और पारंपरिक वर्गीकरण के समय लेने वाले तरीकों से तंग आकर पाया। पॉल हेबर्ट, कनाडा में गुलेफ विश्वविद्यालय में एक आणविक जीवविज्ञानी, एक गीली, बादल रात याद करते हैं कि उन्होंने न्यू गिनी में एक पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता के रूप में एक शीट में कीड़े इकट्ठा करने में खर्च किया।

"जब हमने उन्हें अगले दिन मॉर्फोलॉजिकली सॉर्ट किया, तो हमें महसूस हुआ कि हज़ारों प्रजातियां थीं जो अंदर आई थीं, " हेबर्ट कहते हैं। कई, जहां तक ​​वह बता सकता है, विज्ञान द्वारा कभी भी वर्णित नहीं किया गया था। "मुझे लगता है कि एक रात मुझे अपने जीवन के बाकी हिस्सों में व्यस्त रखने के लिए पर्याप्त नमूनों का सामना करना पड़ा, " वे कहते हैं।

हेबर्ट जारी रखता है: "यह उस समय था जब मैं बहुत ज्यादा था ... महसूस किया कि रूपात्मक वर्गीकरण हमारे ग्रह पर पंजीकरण करने का तरीका नहीं हो सकता है।" उन्होंने अपने नमूना संग्रह को छोड़ दिया, और आर्कटिक में क्रमिक रूप से जीव विज्ञान के अन्य अनुसंधानों में चले गए। "सबसे कम प्रजाति विविधता आवास मैं पा सकता था, " उनके शब्दों में- लेकिन पृथ्वी की जैव विविधता को मापने का विषय हमेशा उनके दिमाग के पीछे रहता था।

1990 के दशक के मध्य में प्रौद्योगिकी का विकास जारी रहा, जिससे शोधकर्ताओं को डीएनए के छोटे और छोटे टुकड़ों को अलग करने और उनका विश्लेषण करने की अनुमति मिली। एक शोधकर्ता के रूप में ऑस्ट्रेलिया में काम कर रहे हेबर्ट ने विभिन्न जीवों के डीएनए को अनुक्रमित करते हुए "चारों ओर खेलना" शुरू करने का फैसला किया और एक ऐसे क्रम की खोज की, जिसे आसानी से अलग किया जा सके और प्रजातियों को जल्दी से अलग किया जा सके। "मैं कई मामलों में प्रभावी होने के नाते इस एक माइटोकॉन्ड्रियल जीन क्षेत्र पर बस गया, " वे कहते हैं। वह सीओआई था।

कीड़ों के स्कोर को इकट्ठा करके और उन्हें बारकोडिंग करके, हेबर्ट ने अपने तरीके से अपने पिछवाड़े में परीक्षण करने का फैसला किया। उसने पाया कि वह बग को आसानी से भेद सकता है। "मैंने सोचा 'अरे, अगर यह मेरे पिछवाड़े में 200 प्रजातियों पर काम करता है तो यह ग्रह पर काम क्यों नहीं करेगा?"

और, कुछ अपवादों के साथ, यह है।

इस तकनीक का उपयोग करते हुए, 2013 के सवाना अध्ययन में शोधकर्ता इन सह-अस्तित्व वाले जानवरों के विभिन्न आहारों को एक साथ टुकड़े करने में सक्षम थे। अध्ययन में सहयोग करने वाले स्मिथसोनियन नेशनल म्यूजियम ऑफ नेचुरल हिस्ट्री के वनस्पति विज्ञान के डब्ल्यू जॉन जॉन केसर कहते हैं, "हम सब कुछ बता सकते थे कि जानवर अपने स्कैच को बारकोडिंग से खा रहे थे।" कायर कहते हैं कि वन्यजीव प्रबंधकों और वैज्ञानिकों को यह बताकर कि प्रत्येक जानवर किस तरह घास चरता है, इन परिणामों से "इन जानवरों के लिए नए संरक्षण क्षेत्रों को डिजाइन करने पर सीधा प्रभाव पड़ सकता है।"

इसने पारिस्थितिकीविदों को एक बड़ा चित्र भी दिया कि पूरा पारिस्थितिकी तंत्र एक साथ कैसे काम करता है। "अब आप देख सकते हैं कि सावन में ये प्रजातियां वास्तव में कैसे सहवास कर रही हैं, " कास कहते हैं। आज एक प्रजाति जो बनाती है, उसका बहुत विचार डीएनए बारकोडिंग और अन्य आनुवंशिक तकनीकों के लिए धन्यवाद है।

यह ज्यादा हरियाली वाली नहीं लग सकती है। लेकिन किसी भी तरह, अफ्रीकी सवाना विभिन्न प्रकार के प्रतिष्ठित जड़ी-बूटियों का समर्थन करता है। डीएनए बारकोडिंग से पता चलता है कि कैसे। (कल्टुरा आरएम / आलमी)

डार्विन के दिनों के बाद से, टैक्सोनोमिस्टों ने उन प्रजातियों के आधार पर बाहर निकाला है जो वे निरीक्षण कर सकते थे। यानी अगर यह एक बतख की तरह दिखता है, एक बतख की तरह चलता है, और एक बतख की तरह लगता है - इसे बतख के ढेर में फेंक दें। 1980 के दशक में डीएनए अनुक्रमण के आगमन ने खेल को बदल दिया। अब, आनुवंशिक कोड को पढ़ने से जो एक जीव बनाता है वह क्या है, वैज्ञानिकों ने प्रजातियों के विकासवादी इतिहास में नई अंतर्दृष्टि को चमकाया। हालांकि, लाखों या अरबों बेस जोड़ियों की तुलना करना जो जीनोम बनाते हैं, एक महंगा और समय लेने वाला प्रस्ताव हो सकता है।

साइकोक्रोम सी ऑक्सीडेज I जैसे मार्कर के साथ, आप इन भेदों को तेजी से और अधिक कुशलता से इंगित कर सकते हैं। बारकोडिंग आपको घंटों के एक मामले में बता सकता है — जो कि एक अच्छी तरह से सुसज्जित आणविक जीवविज्ञान प्रयोगशाला में डीएनए बारकोड को अनुक्रमित करने में कितना समय लेता है - यह कि दो प्रजातियां जो सतह पर बिल्कुल समान दिखती हैं, आनुवंशिक स्तर पर काफी भिन्न होती हैं। पिछले साल, चिली में वैज्ञानिकों ने मधुमक्खी की एक नई प्रजाति की पहचान करने के लिए डीएनए बारकोडिंग का उपयोग किया था, जो कि कीट शोधकर्ताओं ने पिछले 160 वर्षों से याद किया था।

हेबर्ट के साथ काम करते हुए, नेशनल म्यूजियम ऑफ नेचुरल हिस्ट्री एंटोमोलॉजी क्यूरेटर जॉन बर्न्स जैसे विशेषज्ञ कई जीवों को भेदने में सक्षम हुए हैं, जिन्हें कभी एक ही प्रजाति माना जाता था। तकनीक में अग्रिम अब शोधकर्ताओं को 1800 के दशक से संग्रहालय के नमूनों को बारकोड करने की अनुमति दे रहा है, बर्न्स कहते हैं, लंबे समय से बसे प्रजातियों की परिभाषा को पुन: वर्गीकृत करने की संभावना को खोलते हैं। हेबर्ट ने डीएनए बारकोडिंग की रूपरेखा तैयार करने के एक साल बाद, बर्न्स ने खुद का इस्तेमाल एक ऐसे मामले की पहचान करने के लिए किया - 1700 के दशक में पहचाने गए तितली की एक प्रजाति जो वास्तव में 10 अलग-अलग प्रजातियां थीं।

मुर्की प्रजाति की परिभाषाओं को कम करने से शिक्षाविदों के बाहर प्रभाव होता है। यह वैज्ञानिकों और सांसदों को प्रजातियों की संख्या और स्वास्थ्य की बेहतर समझ दे सकता है, उनकी रक्षा के लिए महत्वपूर्ण जानकारी, क्रेग हिल्टन-टेलर कहते हैं, जो प्रकृति के "रेड लिस्ट" के संरक्षण के लिए अंतर्राष्ट्रीय संघ का प्रबंधन करते हैं। जबकि संगठन विशेषज्ञों के विभिन्न समूहों पर निर्भर करता है जो विभिन्न दृष्टिकोणों से काम कर सकते हैं कि किसी प्रजाति को कैसे परिभाषित किया जाए, डीएनए बारकोडिंग ने इन समूहों में से कई को विभिन्न प्रजातियों के बीच अधिक सटीक भेदभाव करने में मदद की है।

हिल्टन-टेलर आज आईयूसीएन की प्रक्रियाओं के बारे में कहते हैं, "हम उन्हें उन सभी नए आनुवंशिक सबूतों के बारे में सोचने के लिए कहते हैं जो अब आगे आ रहे हैं।"

अभिनव होते हुए, मूल बारकोडिंग तकनीक की सीमाएँ थीं। उदाहरण के लिए, यह केवल जानवरों पर काम करता है, पौधों पर नहीं क्योंकि सीओआई जीन पौधों में पर्याप्त तेजी से उत्परिवर्तित नहीं करता है। 2007 में, क्रेस ने अन्य जीनों की पहचान करके हेबर्ट की तकनीक का विस्तार करने में मदद की, जो पौधों में समान रूप से तेजी से उत्परिवर्तित होते हैं, जिससे सवाना की तरह पढ़ाई होती है।

क्रेस याद करते हैं कि कैसे 2008 में, वह और उनके एक पूर्व सहयोगी, यूनिवर्सिटी ऑफ़ कनेक्टिकट के इकोलॉजिस्ट कार्लोस गार्सिया-रोबेल्डो ने, विभिन्न पौधों की तुलना करने के लिए डीएनए बारकोडिंग का इस्तेमाल किया, जो कि कोस्टा रेज़िन वर्षावन में विभिन्न कीट प्रजातियों को खिलाया गया था। वे कीड़े इकट्ठा करने में सक्षम थे, उन्हें पीसकर, और वे क्या खा रहे थे यह निर्धारित करने के लिए जल्दी से अपनी हिम्मत से डीएनए को अनुक्रमित करते हैं।

इससे पहले, गार्सिया-रोबेल्डो और अन्य वैज्ञानिकों ने अपने आहारों के आसपास कीड़े का पीछा करने और उन्हें दस्तावेज़ बनाने के लिए किया होगा। गार्सा-रॉबल्डो ने 2013 के एक साक्षात्कार में स्मिथसोनियन इनसाइडर को बताया, "एक शोधकर्ता को एक उष्णकटिबंधीय बारिश के जंगल में बग़ीचे के जंगल में कीट जड़ी-बूटियों के समुदाय के आहार को पूरी तरह से समझने में सालों लग सकते हैं।"

वे तब से उस शोध को विस्तारित करने में सक्षम हैं कि प्रजातियों की संख्या और उनके आहार अलग-अलग ऊंचाई पर कैसे भिन्न होते हैं, और जलवायु परिवर्तन से बढ़ते तापमान इस पर प्रभाव डाल सकते हैं क्योंकि प्रजातियों को उच्च और उच्चतर स्थानांतरित करने के लिए मजबूर किया जाता है। "हमने कहा कि कीड़े और पौधे कैसे परस्पर क्रिया कर रहे हैं, इसका एक पूरा, जटिल नेटवर्क विकसित किया है, जो पहले करना असंभव था, " केसर कहते हैं।

"अचानक, बहुत सरल तरीके से, डीएनए का उपयोग करके, हम वास्तव में इन प्रयोगों को ट्रैक कर सकते हैं, मात्रा निर्धारित कर सकते हैं और दोहरा सकते हैं और इन चीजों को अधिक विस्तृत रूप से समझ सकते हैं, " वे कहते हैं। कास और अन्य शोधकर्ता अब उन जीवों के समुदायों के लिए मिट्टी के नमूनों का विश्लेषण करने के लिए बारकोडिंग का भी उपयोग कर रहे हैं, वे कहते हैं। बारकोडिंग पर्यावरण में पाए जाने वाले आनुवंशिक पदार्थों के अवशेषों की पहचान करने में मदद करने का भी वादा करता है।

"इकोलॉजिस्ट के लिए, " क्रेस कहते हैं, "डीएनए बारकोडिंग वास्तव में उन आवासों में चीजों को ट्रैक करने का एक अलग तरीका खोल रहा है जहां हम उन्हें पहले ट्रैक नहीं कर सकते थे।"

वैज्ञानिकों ने पूरे जीनोम को अनुक्रम देने और उनकी तुलना करने के बजाय एक विशिष्ट जीन की जांच करने की अनुमति देकर, हेबर्ट ने उम्मीद की थी कि उनकी विधि आनुवांशिक विश्लेषण और पहचान को पूर्ण अनुक्रमण की तुलना में बहुत अधिक तेजी से और सस्ते में प्रदर्शन करने की अनुमति देगी। अब वह कहते हैं, "पिछले 14 वर्षों में पता चला है कि यह बहुत अधिक प्रभावी ढंग से काम करता है और इसे लागू करने की अपेक्षा बहुत सरल है।"

लेकिन वह अभी भी प्रगति के लिए कमरा देखता है। "हम वास्तव में प्रजातियों की बहुतायत और वितरण के मामले में अपर्याप्त आंकड़ों से जूझ रहे हैं, " हेबर्ट अब संरक्षणवादियों का कहना है। तेजी से डीएनए नमूनों का विश्लेषण करने के लिए प्रौद्योगिकी में सुधार और डीएनए बारकोडिंग के साथ जोड़ी गई आवश्यक कम सामग्री के साथ, एक तरह से बाहर की पेशकश करता है, हेबर्ट कहते हैं, आधुनिक स्कैनर पहले से ही हजारों बेस जोड़े की तुलना में घंटों में लाखों लाखों बेस जोड़े पढ़ सकते हैं। पहले की तकनीक से उसी समय में पढ़ा जा सकता है।

हेबर्ट एक भविष्य की कल्पना करता है जहां डीएनए एकत्र किया जाता है और दुनिया भर के सेंसर से स्वचालित रूप से अनुक्रमित होता है, जिससे संरक्षणवादियों और करदाताओं को विभिन्न प्रजातियों के स्वास्थ्य और वितरण पर डेटा की विशाल मात्रा तक पहुंचने की अनुमति मिलती है। वह अब डीएनए बैरकोड की एक विश्वव्यापी लाइब्रेरी को व्यवस्थित करने के लिए काम कर रहा है जिसका उपयोग वैज्ञानिक एक अज्ञात नमूने की पहचान करने के लिए कर सकते हैं - जो वास्तविक जीवन पोकेडेक्स की तरह है।

"आप जलवायु परिवर्तन की भविष्यवाणी कैसे करेंगे यदि आप ग्रह पर एक वर्ष में एक दिन या एक दिन तापमान पढ़ रहे थे?" "अगर हम जैव विविधता संरक्षण के बारे में गंभीर हो रहे हैं तो हमें केवल निगरानी की मात्रा के बारे में अपने विचारों को पूरी तरह से स्थानांतरित करना होगा जो कि आवश्यक होने जा रहा है।"