ज्या कीटकांना आता sex ची गरज नाही, त्यांच्यातील एक उत्क्रांतीजन्य धक्का
stick insects च्या एका समूहाचा अभ्यास करणाऱ्या संशोधकांना असे आढळले आहे की एक प्रमुख genetic system अपेक्षेपेक्षा खूप जास्त काळ टिकून राहू शकते, ज्या जैविक परिस्थितींमुळे ती सुरुवातीला उपयुक्त झाली होती त्या प्रत्यक्षात नाहीशा झाल्यानंतरही. हे संशोधन Timema या पंख नसलेल्या stick insects वंशावर केंद्रित आहे; हे अमेरिकेच्या अतिपश्चिम भागातील मूळचे आहेत आणि यात अशा lineages समाविष्ट आहेत ज्यांनी सुमारे 10 लाख वर्षे asexually reproduction केले आहे.
मुख्य निष्कर्ष उलट वाटणारा आहे. dosage compensation नावाची molecular system या कीटकांमध्ये काळानुसार झिजून जाईल अशी शास्त्रज्ञांची अपेक्षा होती, कारण तिची नेहमीची evolutionary गरज मोठ्या प्रमाणावर नाहीशी झाली होती. पण त्याऐवजी अभ्यासात आढळले की ही system पूर्णपणे functional राहिली. हा परिणाम उत्क्रांती जीवशास्त्रातील दीर्घकाळ चालत आलेल्या एका गृहितकाला आव्हान देतो: जी वैशिष्ट्ये किंवा यंत्रणा आता तीव्र दाबाखाली नाहीत, ती आपोआप क्षीण होतील.
हा अभ्यास Bangor University मधील Darren Parker यांच्या नेतृत्वाखाली झाला आणि स्रोत-पाठ्यानुसार PNAS मध्ये प्रकाशित झाला. यात अनेक Timema species मधील gene activity ची तुलना करण्यात आली आणि rare males चा वापर करून sex-linked regulation system अजूनही कशी कार्यरत आहे ते तपासले गेले.
dosage compensation काय करते
dosage compensation ही अशा मूलभूत biological system पैकी एक आहे जी ती योग्यरीत्या काम करत असताना सहज लक्षात येत नाही, कारण ती शांतपणे gene expression चे संतुलन राखते. sex chromosomes असलेल्या species मध्ये males आणि females कडे X chromosomes ची संख्या वेगळी असू शकते. या प्रकरणातील परिचित रचना स्रोत-पाठ्यात स्पष्ट केली आहे: males कडे Y chromosome बरोबर एक X chromosome असतो, तर females कडे दोन X chromosomes असतात.
त्या फरकामुळे एक नियामक समस्या निर्माण होते. जर एका sex कडे X-linked genes च्या प्रती कमी असतील, तर त्या genes चे expression किती जोरात व्हावे हे समान करण्याचा मार्ग जीवांना हवा असतो. वेगवेगळ्या species ने हे असंतुलन सोडवण्यासाठी वेगवेगळ्या यंत्रणा विकसित केल्या आहेत. एकत्रितपणे या प्रणालींना dosage compensation म्हणतात.
लैंगिक reproduction करणाऱ्या species मध्ये ही गरज स्पष्ट असते, कारण males आणि females एकत्र अस्तित्वात असतात आणि X chromosome संख्येतील फरक हा reproduction चा नेहमीचा भाग असतो. पण येथे तपासलेल्या Timema lineages parthenogenesis द्वारे reproduction करतात, म्हणजेच unfertilized eggs मधून embryos विकसित होतात अशी virgin birth ची पद्धत. या asexual lineages मध्ये male-female balancing machinery टिकवून ठेवण्याचे नेहमीचे evolutionary कारण फारच कमी होते.
शास्त्रज्ञांना झिज अपेक्षित का होती
अभ्यासाच्या सुरुवातीला अपेक्षा सोपी होती. जर एखादी lineage million years पर्यंत fertilization शिवाय reproduction करत असेल, आणि त्या lineage च्या चालू राहण्यासाठी males आता आवश्यक नसतील, तर male-female chromosome differences भोवती उभारलेल्या नियामक प्रणाली हळूहळू मोडू शकतात. उत्क्रांती प्रत्येक वैशिष्ट्य कायमच जपत नाही; अनेक संशोधक असे मानतात की आता अर्थपूर्ण फायदा न देणाऱ्या यंत्रणा कमी कार्यक्षम होतील किंवा नाहीशा होतील.
खोल कालमानावर ही अपेक्षा आणखी मजबूत असते. उत्क्रांतीच्या दृष्टीने one million years हा किरकोळ थांबा नाही. स्रोत-पाठ्यात याला कोणत्याही insect साठीचा सर्वांत मोठा known asexual period असे म्हटले आहे, ज्यामुळे Timema हा वापरात नसलेल्या जीवशास्त्राबाबत काय घडते हे तपासण्यासाठी असाधारण शक्तिशाली test case ठरतो.
झीज शोधण्याऐवजी, टीमला सातत्य आढळले. rare males मधील gene expression तपासून संशोधकांनी असा निष्कर्ष काढला की dosage compensation अपेक्षित गरज नसतानाही एक million years पेक्षा जास्त काळ कार्यरत राहिली.
हा परिणाम का महत्त्वाचा आहे
या अभ्यासाचे महत्त्व कीटकांपेक्षा त्याने स्पर्श केलेल्या व्यापक evolutionary principle मध्ये अधिक आहे. उत्क्रांतीची अनेक मॉडेल्स efficiency, pruning आणि सध्याच्या दाबाशी जुळवून घेणे यावर भर देतात. या कल्पना अजूनही महत्त्वाच्या आहेत, पण हे काम कथा अधिक गुंतागुंतीची असू शकते हे सूचित करते. काही biological systems अपेक्षेपेक्षा अधिक स्थिर असू शकतात, कारण त्यांना वेगळे करणे कठीण असते, किंवा त्यांची hidden functions असू शकतात, किंवा त्यांना टिकवण्याचा खर्च इतका कमी असतो की उत्क्रांती त्यांच्याविरुद्ध जोरदार निवड करत नाही.
system का टिकून राहिली याचे अंतिम स्पष्टीकरण स्रोत-पाठ्यात दिलेले नाही, आणि तो संयम महत्त्वाचा आहे. ज्याचा तो पाठिंबा देतो तो अधिक संकुचित पण महत्त्वाचा निष्कर्ष असा: स्पष्ट गरज नसतानाही, one million years च्या कालमानावर dosage compensation नाहीशी झाली नाही.
याचा परिणाम gene architecture बद्दल संशोधक कसे विचार करतात यावर होतो. एकदा एखादी नियामक system development मध्ये खोलवर रुजली की, तिच्या मूळ उद्देशातील एक भाग कमी झाला म्हणून ती नाहीशी होत नाही. उत्क्रांती ही काही engineer नाही जी नव्याने सगळे उभारते. ती वारशाने मिळालेल्या structures सह काम करते, आणि त्यापैकी काही structures अपेक्षेनुसार नाजूक व्हायला हव्या होत्या त्या काळाच्या खूप पुढे टिकू शकतात.
उत्क्रांतीबद्दलच्या साध्या कथेला आव्हान
हे निष्कर्ष या साध्या कथेलाही मागे ढकलतात की उत्क्रांती नेहमी गरज नसलेले सर्व काही टाकून देते. प्रत्यक्षात, टिकून राहणे हे गमावण्याइतकेच माहितीपूर्ण असू शकते. जर एखादी mechanism relaxed selection मध्ये स्थिर राहिली, तर ती किती खोलवर integrated आहे किंवा तिला मोडून काढण्यासाठी किती कमी दाब आहे हे काही महत्त्वाचे सांगू शकते.
स्रोत-पाठ्यात उद्धृत केलेल्या Parker यांनी हा अभ्यास नेमका याच प्रश्नाभोवती मांडला. males आणि females मधील gene expression समान करण्यासाठी तयार केलेल्या system चे काय होते, जेव्हा एक lineage प्रत्यक्षात sex वर अवलंबून राहणे थांबवते? किमान या Timema insects मध्ये उत्तर असे आहे की system सुरूच राहते.
याचा अर्थ असा नाही की प्रत्येक न वापरलेला trait अनिश्चित काळ टिकेल. किंवा reproductive biology स्थिर झाली आहे असेही नाही. पण यावरून एवढे नक्की दिसते की evolutionary decay अनेक पाठ्यपुस्तकांच्या सारांशांपेक्षा कमी स्वयंचलित असू शकतो. traits टिकून राहू शकतात, आणि नियामक प्रणाली कार्यरत राहू शकतात, जरी एकेकाळी त्यांना आवश्यक ठरवणाऱ्या परिस्थिती मोठ्या प्रमाणात बदलल्या तरीही.
Timema एक उपयुक्त model का आहे
Timema हे evolutionary research साठी विशेषतः रंजक group बनले आहे, कारण जवळच्या संबंधित species वेगवेगळ्या host plants आणि वेगवेगळ्या elevations वर राहतात, आणि काही lineages sexually reproduction करतात तर काही करत नाहीत. हे संयोजन शास्त्रज्ञांना एक नैसर्गिक comparison set देते. ते पूर्णपणे अलग आणि संदर्भहीन अशा विचित्र उदाहरणाचा अभ्यास करत नाहीत. ते reproductive mode मध्ये भिन्न असलेल्या संबंधित insects कडे पाहत आहेत, ज्यामुळे काय बदलले आणि काय बदलले नाही हे प्रश्न अधिक नेमके होतात.
हे कीटक अमेरिकेच्या अतिपश्चिम भागातील निश्चित प्रदेशातील native आहेत, त्यामुळे ते ecology आणि evolution मधील व्यापक North American research tradition चा भाग ठरतात. त्यांचे दीर्घकालीन asexual reproduction त्यांना दुर्मिळ क्षेत्रात ठेवते. बहुतेक insect groups reproduction मधील बदल underlying chromosome regulation वर कसा परिणाम करतात हे तपासण्यासाठी million-year window देत नाहीत.
पुढे काय
या अभ्यासाचे तात्काळ मूल्य संकल्पनात्मक आहे. हे evolutionary biologists ना एक ठोस उदाहरण देते, जिथे वरकरणी अनावश्यक genetic balancing system एका असाधारण दीर्घ कालावधीपर्यंत intact राहिली. काही system का झिजतात आणि काही का टिकून राहतात, याचा अधिक जवळून अभ्यास करण्यास यामुळे प्रोत्साहन मिळायला हवे.
भविष्यातील काम Timema मध्ये dosage compensation चे sex expression balancing व्यतिरिक्त hidden benefits आहेत का, ही mechanism सर्व asexual lineages मध्ये बदल न होता टिकते का, आणि इतर regulatory networks मधील स्थिरतेबद्दल हे उदाहरण संशोधकांना काय शिकवते, हे विचारू शकते. स्रोत-पाठ्यात या प्रश्नांची उत्तरे नाहीत, पण कोडे स्पष्टपणे मांडले आहे.
सध्या, हा अभ्यास biological redundancy बद्दल अतिआत्मविश्वासाने केलेल्या गृहितकांना उपयुक्त दुरुस्ती देतो. उत्क्रांती दूर करू शकते. ती पुन्हा वापरही करू शकते. पण कधी कधी, sex शिवाय एक million years उलटूनही, ती एखादी system जशीच्या तशी ठेवते.
हा लेख Phys.org च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on phys.org