शाम के समय, इमली के पेड़ के पत्ते बंद हो जाते हैं, एक और सुबह का इंतजार करते हैं। अलेक्जेंडर द ग्रेट के तहत सेवारत एक जहाज के कप्तान एंड्रोस्टेनेस ने चौथी शताब्दी ईसा पूर्व में इन पत्तों की हरकतों का पहला लिखित विवरण बनाया
यह पता लगाने में सदियों लग गए कि वह सर्कैडियन घड़ी के प्रभावों का वर्णन कर रहा था। यह आंतरिक समय-संवेदी तंत्र कई जीवित जीवों को समय का ट्रैक रखने और 24-घंटे चक्रों के साथ उनके व्यवहार का समन्वय करने की अनुमति देता है। यह पृथ्वी के दैनिक रोटेशन के नियमित दिन / रात और मौसमी चक्रों का अनुसरण करता है। सर्केडियन शोध अब तक उन्नत रहा है कि 2017 में फिजियोलॉजी या चिकित्सा में नोबेल पुरस्कार ग्राउंडब्रेकिंग कार्य के लिए प्रदान किया गया था जो कि सर्कैडियन लय अंतर्निहित आणविक आधार को स्पष्ट करता है।
हमारे जैसे जीवविज्ञानी पौधों के बारे में अंतर्दृष्टि के लिए सर्कैडियन घड़ियों का अध्ययन कर रहे हैं कि वे पृथ्वी पर सभी जीवन के स्वास्थ्य और कल्याण को कैसे प्रभावित करते हैं। चूंकि शोधकर्ता इस बात पर अधिक ध्यान नहीं देते हैं कि ये घड़ियां कैसे काम करती हैं - जिसमें वे मेजबानों और उनके हमलावर रोगजनकों और कीटों के बीच बातचीत को कैसे प्रभावित करते हैं - विशेष रूप से समय पर सटीक दवा के नए रूप क्षितिज पर हो सकते हैं।
हमारे छिपे हुए पेसमेकर
जीवन के तीनों क्षेत्रों के जीवों में सर्कैडियन लय की अद्भुत विविधता होती है। लगातार सरल साइनोबैक्टीरिया दिन और रात के बीच प्रकाश संश्लेषक गतिविधि को वैकल्पिक करता है। कवक न्यूरोस्पोरा क्रैसा हर सुबह भोर से पहले पैदा करता है। प्रवासी सम्राट तितलियों अपने वार्षिक प्रवास में एक नाजुक सूरज कम्पास का उपयोग करते हैं। मानव गतिविधि का लगभग हर पहलू सर्कैडियन घड़ी से प्रभावित है - आप इसे आसानी से अपने आप में देख सकते हैं यदि आप समय क्षेत्र में उड़ान भरते हैं या शिफ्ट के काम में संलग्न होते हैं।
सर्केडियन रिदम के पीछे ड्राइविंग बल है जिसे वैज्ञानिक सर्कैडियन घड़ी के केंद्रीय दोलक कहते हैं, जीन का एक विस्तृत नेटवर्क है जो एक-दूसरे की गतिविधि को चालू और बंद करते हैं। साथ में, वे जटिल फीडबैक लूप बनाते हैं जो समय को ठीक से जांचते हैं।
हालांकि व्यक्तिगत घड़ी जीन हमेशा जीवन के डोमेन के समान नहीं होते हैं, केंद्रीय थरथरानवाला की प्रतिक्रिया तंत्र है। यह तंत्र दिन और रात के उतार-चढ़ाव और अन्य पर्यावरणीय परिवर्तनों के साथ एक जीव की दैनिक गतिविधियों को सिंक्रनाइज़ करने के लिए एक स्विच के रूप में कार्य करता है। इस तरह के अद्भुत संतुलन कार्य जीवों की क्षमताओं को पूरे दिन बदलते पर्यावरण की आशा करते हैं।
सटीक समयपालन और स्वास्थ्य
एक अच्छी तरह से कैलिब्रेटेड सर्कैडियन घड़ी विकास और फिटनेस के लिए महत्वपूर्ण है, यही वजह है कि पर्यावरणीय संकेतों के साथ सर्कैडियन घड़ी का गलत उपयोग विविध और दूरगामी स्वास्थ्य मुद्दों का कारण बनता है। मधुमेह, मोटापा, हृदय रोग और अवसाद और द्विध्रुवी विकार जैसे कुछ मानसिक रोगों सहित कुछ मानव रोगों की संभावना है, पर्यावरण के साथ सिंक से बाहर होने से सर्कैडियन घड़ियों से जुड़ा हुआ है।
एक कवक द्वारा संक्रमण के बाद, एक उत्परिवर्ती सर्कैडियन घड़ी (दाएं) वाले पौधों को सामान्य पौधों (बाएं) की तुलना में बहुत अधिक नुकसान दिखाया गया। (हुआ लू, सीसी बाय-एनडी) बढ़ते साक्ष्य भी सर्कैडियन घड़ी को स्वास्थ्य के लिए जोड़ते हैं। विशेष रूप से, पौधों के वैज्ञानिकों ने दिखाया है कि रोगजनकों और कीटों की सरणियों के लिए पौधे की रोग प्रतिरोधक क्षमता के लिए एक उचित रूप से तैयार सर्कैडियन घड़ी महत्वपूर्ण है। यद्यपि पौधे आक्रमणकारियों को नष्ट करने के लिए एंटीबॉडी का उत्पादन नहीं करते हैं या विशेष प्रतिरक्षा कोशिकाओं का उपयोग नहीं करते हैं, लेकिन उनकी प्रतिरक्षा प्रणाली के कुछ पहलू हमारे समान हैं। यह बढ़ने में कितना आसान है और आनुवंशिक रूप से उन्हें हेरफेर करने के लिए, कुछ पौधे, जैसे कि अरबिडोप्सिस, आदर्श प्रणाली के रूप में सेवा करते हैं ताकि यह जांच की जा सके कि सर्कैडियन घड़ी संक्रमित होने के बाद पौधों में रोगों के परिणाम को कैसे प्रभावित करती है।
घड़ी के चारों ओर पौधे-रोगज़नक़ बातचीत
पौधे, स्थिर होने के नाते, रोगजनकों और कीटों से सामना होने पर अपनी सीमित ऊर्जा और संसाधनों को रणनीतिक रूप से आवंटित करना चाहिए। उनके पास अपनी रक्षा के लिए समय की परिष्कृत क्षमता है, जो उन्हें होने से पहले संभावित हमलों का पूर्वानुमान लगाने और वास्तविक हमलावरों को रक्षा प्रतिक्रियाओं को संशोधित करने की अनुमति देता है।
स्टोमेटा पौधे की सतह पर थोड़े छिद्र होते हैं जो खुल और बंद हो सकते हैं। (वेलेंटीना मोरारू / शटरस्टॉक.कॉम) पादप रक्षा में सबसे आगे सतह पर है। ट्राइकोम्स जैसी शारीरिक विशेषताएं, छोटे बाल जो चिपक जाते हैं, सुरक्षात्मक रूप से एक पौधे को कवर करते हैं, और मोम कोटिंग सतह पर चिपके से आक्रमणकारियों को रोकते हैं। पौधे की सतह में कई मुंह जैसे छिद्र होते हैं जिन्हें स्टोमेटा कहा जाता है। आम तौर पर, रंध्र दिन में तालबद्ध रूप से खुलता है और रात में बंद होता है, प्रकाश और आर्द्रता परिवर्तनों की प्रत्याशा में सर्कैडियन घड़ी द्वारा विनियमित एक प्रक्रिया। जबकि यह प्रक्रिया प्रकाश संश्लेषण और पानी के आदान-प्रदान के लिए महत्वपूर्ण है, रंध्र को खोलना कुछ रोगाणुओं द्वारा उपयोग किया जा सकता है क्योंकि पौधों के ऊतकों के अंदर पोषक तत्वों और अंतरिक्ष तक पहुंचने के लिए पोर्टलों के रूप में और रंध्र प्रतिबंधित रोगज़नक़ आक्रमण को रोकते हैं।
शारीरिक बाधाओं से परे, पौधों ने घुसपैठियों के रूप में रोगजनकों और कीटों का पता लगाने के लिए जटिल निगरानी प्रणाली विकसित की है। जब कोशिका की सतह के रिसेप्टर्स एक रोगज़नक़ को पहचानते हैं, तो प्लांट तुरंत आक्रमण स्थल पर अपना रंध्र बंद कर देता है। अपच संबंधी सर्कैडियन घड़ियाँ पेट में बंद होने की संभावना को कम करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिक गंभीर बीमारी होती है।
आगे की रोगज़नक़ मान्यता प्लांट टिशू में गहराई से चेतावनी संकेत भेजती है, जो रक्षा प्रतिक्रियाओं के एक शस्त्रागार को सक्रिय करती है, जिसमें जीन अभिव्यक्ति की पुनर्संरचना, रोगाणुरोधी यौगिकों का उत्पादन और रक्षा संकेतन का संवर्द्धन शामिल है। यहां तक कि रोगजनकों की अनुपस्थिति में, इनमें से कई प्रतिक्रियाएं कम लेकिन लयबद्ध परिवर्तन दिखाती हैं जो सर्कैडियन घड़ी से प्रभावित होती हैं। जब कोई वास्तविक हमला होता है, तो पौधों की दैनिक रक्षा प्रणाली का दैनिक पूर्वाभ्यास एक मजबूत और ठोस समय पर रक्षा सुनिश्चित करता है। गुमराह घड़ियों के साथ पौधे हमले का शिकार होते हैं।
एक पौधे के बचाव का एक उत्कृष्ट उदाहरण इसकी रक्षा ड्यूक विश्वविद्यालय में सिनियनियन डोंग के समूह से आता है। Hyaloperonospora arabidopsidis एक रोगज़नक़ है जो सुबह में अपने विषैले बीजाणुओं का प्रसार करता है और Arabidopsis पौधों में बीमारी का कारण बनता है। डोंग के समूह ने सुरुचिपूर्ण ढंग से दिखाया कि अरेबिडोप्सिस ने इस हमले की आशंका व्यक्त करते हुए रक्षा जीन के एक सेट को भोर में व्यक्त किया जो रोगज़नक़ के खिलाफ प्रतिरोध देता है। जब शोधकर्ताओं ने अरबिडोप्सिस सर्कैडियन घड़ी को बाधित किया, तो इसने आज सुबह की रक्षा को समाप्त कर दिया और पौधे को अतिसंवेदनशील बना दिया।
कीटों से लड़ने के लिए पौधे समय पर बचाव पर भी भरोसा करते हैं। उदाहरण के लिए, गोभी लूपर्स में शाम से पहले चोटी खिलाने की गतिविधि होती है। राइस विश्वविद्यालय में जेनेट ब्रैम के समूह द्वारा किए गए सुंदर काम से पता चला कि अरबिडोप्सिस इस हमले की प्रत्याशा में दोपहर में एक चोटी के साथ रक्षा संकेत हार्मोन जैस्मोनिक एसिड का उत्पादन करता है। जब कीड़े वास्तव में हड़ताल करते हैं, तो सर्कैडियन घड़ी इस दोपहर की रक्षा को बढ़ा देती है, जिससे कीटों के खिला पर रोक लगाने के लिए अधिक जैमोनिक एसिड का उत्पादन होता है।
क्या जोड़े में नृत्य नृत्य करते हैं?
जैसा कि इन उदाहरणों से देखा गया है, रोगजनकों और कीटों की अपनी-अपनी सर्कैडियन घड़ियां होती हैं और सक्रिय होने का सबसे अच्छा समय निर्धारित करने के लिए उनका उपयोग करते हैं। यह क्षमता मेजबानों के उनके आक्रमण को कैसे प्रभावित करती है? अब तक, शोधकर्ताओं को यह सुनिश्चित नहीं है कि मेजबान के लिए रोगज़नक़ और कीट घड़ियों का समन्वय है या नहीं। यदि वे हैं, तो उनकी कैसे सिंक में वे अपने इंटरैक्शन के परिणाम को निर्धारित कर सकते हैं।
वर्तमान साक्ष्य इंगित करता है कि कुछ यूकेरियोटिक रोगाणुओं, जैसे कि हायलॉपरोनोस्पोरा अरबिडोप्सिडिस और बोट्रीटिस सिनेरिया, अरबिडोप्सिस सर्कैडियन घड़ी में हेरफेर करने में सक्षम हैं। यहां तक कि प्रोकेरियोटिक रोगजनकों, जैसे कि स्यूडोमोनस सीरिंज, एक विहित केंद्रीय ऑसिलेटर की कमी के बावजूद, विभिन्न तरीकों से पौधे की घड़ियों में हस्तक्षेप कर सकते हैं।
मनुष्यों और चूहों में, मेजबान सर्केडियन घड़ी के आधार पर, प्रतिदिन आंत माइक्रोबायोटा की कुछ आबादी होती है। दिलचस्प है, आंत माइक्रोबायोटा मेजबान घड़ी को पुन: उत्पन्न करने में सक्षम है। यह संचार संचार कैसे होता है? यह मेजबान और माइक्रोब बातचीत के परिणाम को कैसे प्रभावित कर सकता है? इस क्षेत्र में अनुसंधान मेजबान-हमलावर डायनेमिक्स के एक आकर्षक और अस्पष्टीकृत स्तर का प्रतिनिधित्व करता है।
पौधों में अच्छी तरह से समयबद्ध क्रियाएं - जैसे कि एंड्रोस्टेनेस मिलेनिया द्वारा देखे गए इमली के पेड़ के बंद पत्ते - आखिरकार हमें और अधिक सटीक दवाएं डिजाइन करने में मदद कर सकते हैं। (Oraphan_nan / Shutterstock.com) मरहम लगाने वाले और सहायक के रूप में घड़ी
विकास और पर्यावरणीय हमलों के जवाब के साथ समय के संकेतों को एकीकृत करने की क्षमता एक विकासवादी अनुकूलन है। पौधों ने जीवविज्ञानियों को सर्कैडियन लय के बारे में बहुत कुछ सिखाया है और विकास से लेकर रक्षा तक सब कुछ संशोधित करने में उनकी भूमिका है।
घड़ी अनुसंधान ने मनुष्यों सहित अन्य प्रणालियों के लिए इस ज्ञान को लागू करने का अवसर खोला है। विकासात्मक तनाव पैदा किए बिना प्रतिरक्षा बढ़ाने के लिए हम कुछ रक्षा सुविधाओं की दैनिक साइकिल चालन को कैसे संशोधित कर सकते हैं? दिन के कौन से समय हम कुछ रोगजनकों के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं? विभिन्न रोगजनकों और कीटों के लिए दिन का सबसे आक्रामक समय क्या है?
इस तरह के सवालों के जवाब न केवल पौधों में बल्कि लोगों में भी मेजबान-रोगज़नक़ / कीट अंतःक्रियाओं को जानने में मदद करेंगे। अंततः, यह ज्ञान सटीक दवाओं के डिजाइन में योगदान कर सकता है जो कि विभिन्न रोगजनकों और कीटों से लड़ने के लिए व्यक्तिगत लोगों में समय पर रक्षा को बढ़ावा देने के लिए अनुरूप हैं। इसके अलावा, पौधों की रोग प्रतिरोधक क्षमता के बारे में हमारी समझ से रोगजनकों और कीटों के कृषि नियंत्रण में मदद मिलेगी, जो फसल के नुकसान की वैश्विक चुनौती को कम करेगा।
चल रहे अनुसंधान से पता चलता है कि कैसे सूर्य के किरणों के रूप में सर्कैडियन लय का प्रभाव असीम रूप से फैलता है।
यह आलेख मूल रूप से वार्तालाप पर प्रकाशित हुआ था।
हुआ लू, जैविक विज्ञान, मैरीलैंड, बाल्टीमोर काउंटी के एसोसिएट प्रोफेसर
लिंडा विराटन, बीएस स्टूडेंट ऑफ बायोकैमिस्ट्री एंड मॉलिक्यूलर बायोलॉजी, यूनिवर्सिटी ऑफ मैरीलैंड, बाल्टीमोर काउंटी
