प्रारंभिक जीवन की कहानी को एक साथ जोड़ने के लिए वैज्ञानिक लंबे समय से प्राचीन चट्टानों के अंदर बंद रासायनिक निशानों पर भरोसा करते रहे हैं। पृथ्वी के इतिहास की सबसे गहरी पहुंच के जीवाश्म दुर्लभ हैं, अक्सर खंडित होते हैं और उनकी व्याख्या करना कठिन होता है। इसके विपरीत, आइसोटोप अरबों वर्षों तक जीवित रह सकते हैं। सबसे अधिक जानकारीपूर्ण में वे हैं जो नाइट्रोजन से जुड़े हैं, जो प्रत्येक जीवित जीव के लिए आवश्यक तत्व है। अकेले चट्टानों की जांच करने के बजाय, शोधकर्ताओं ने अरबों साल पहले मौजूद एंजाइम के संस्करणों का पुनर्निर्माण किया और परीक्षण किया कि यह जीवित कोशिकाओं में कैसे व्यवहार करता है। नतीजे बताते हैं कि जीवन की सबसे महत्वपूर्ण जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में से एक में सुदूर अतीत के बाद से उल्लेखनीय रूप से बहुत कम बदलाव आया है, जिससे युवा पृथ्वी पर शुरुआती पारिस्थितिक तंत्र कैसे काम करते थे, इसके बारे में ताजा सुराग मिलते हैं।
कितना प्राचीन नाइट्रोजनेज़ एंजाइम प्रारंभिक पृथ्वी के बारे में सुराग मिले
नेचर में प्रकाशित अध्ययन के अनुसार, जिसका शीर्षक है “पुनर्जीवित नाइट्रोजनीस दो अरब वर्षों में विहित एन-आइसोटोप बायोसिग्नेचर को पुन: उपयोग में लाते हैं“, अध्ययन का फोकस नाइट्रोजनेज़ था, जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में परिवर्तित करने के लिए जिम्मेदार एंजाइम है, एक ऐसा रूप जिसका उपयोग जीव प्रोटीन और अन्य आवश्यक अणुओं के निर्माण के लिए कर सकते हैं। इस प्रक्रिया के बिना, जिसे नाइट्रोजन निर्धारण के रूप में जाना जाता है, जीवन अपने सबसे महत्वपूर्ण पोषक तत्वों में से एक तक पहुंचने के लिए संघर्ष करेगा।एंजाइम के गहरे इतिहास की जांच करने के लिए, वैज्ञानिकों ने विकासवादी मॉडल का उपयोग करके नाइट्रोजनेज़ के पैतृक संस्करणों का पुनर्निर्माण किया। इन सिंथेटिक जीनों को एंजाइम के उन रूपों का प्रतिनिधित्व करने के लिए डिज़ाइन किया गया था जो सैकड़ों लाखों से दो अरब साल पहले मौजूद थे। फिर पुनर्निर्मित जीन को जीवित रोगाणुओं में डाला गया, जिससे प्राचीन प्रोटीन आधुनिक कोशिकाओं के अंदर कार्य करने लगे।विकासवादी इतिहास में विभिन्न बिंदुओं का प्रतिनिधित्व करने वाले चार पैतृक वेरिएंट का परीक्षण किया गया। हालाँकि प्राचीन एंजाइम आज पाए जाने वाले एंजाइमों के समान नहीं थे और आम तौर पर कम क्षमता पर काम करते थे, फिर भी वे नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने में सक्षम रहे। इसने अकेले ही इस बात का सबूत दिया कि इस चयापचय के पीछे की बुनियादी मशीनरी पृथ्वी के इतिहास में बहुत पहले ही स्थापित हो चुकी थी।
नाइट्रोजन आइसोटोप ट्रेसिंग के लिए क्यों महत्वपूर्ण हैं? पृथ्वी पर प्रारंभिक जीवन
शोधकर्ता विशेष रूप से नाइट्रोजन आइसोटोप में रुचि रखते थे। जब जीव नाइट्रोजन को स्थिर करते हैं, तो वे एक सूक्ष्म समस्थानिक हस्ताक्षर छोड़ देते हैं जो बाद में तलछट में संरक्षित हो सकता है। भूवैज्ञानिकों ने प्राचीन वातावरण में जैविक गतिविधि का अनुमान लगाने के लिए दशकों से इन हस्ताक्षरों का उपयोग किया है।अध्ययन के अनुसार, जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण का सबसे पुराना प्रमाण लगभग 3.2 अरब वर्ष पुरानी चट्टानों से मिलता है। उन प्राचीन नमूनों में आइसोटोप पैटर्न होते हैं जो मोलिब्डेनम-निर्भर नाइट्रोजनेज का उपयोग करके आधुनिक जीवों द्वारा उत्पादित पैटर्न से मिलते जुलते हैं। फिर भी एक महत्वपूर्ण प्रश्न अनसुलझा रह गया: क्या सुदूर अतीत के एंजाइमों ने वही रासायनिक संकेत उत्पन्न किए होंगे जो आज देखे जाते हैं, पुनर्जीवित नाइट्रोजनेज़ के परीक्षण ने उस संभावना का पता लगाने का एक सीधा तरीका पेश किया है। पैतृक एंजाइमों को ले जाने वाले रोगाणुओं द्वारा उत्पादित बायोमास की समस्थानिक संरचना को मापकर, टीम नियंत्रित परिस्थितियों में प्राचीन और आधुनिक जैव रासायनिक फिंगरप्रिंट की तुलना कर सकती है।
अध्ययन से पता चलता है कि अरबों वर्षों से नाइट्रोजन स्थिरीकरण उल्लेखनीय रूप से स्थिर बना हुआ है
निष्कर्षों से एक अद्भुत स्तर की स्थिरता का पता चला। दो अरब से अधिक वर्षों के विकासवादी इतिहास के बावजूद, सभी चार पैतृक नाइट्रोजनस ने नाइट्रोजन आइसोटोप हस्ताक्षर उत्पन्न किए जो आधुनिक नाइट्रोजन-फिक्सिंग जीवों द्वारा उत्पन्न एक संकीर्ण सीमा के भीतर आते थे।अलग-अलग पैतृक वेरिएंट के बीच कुछ अंतर मौजूद थे, लेकिन ऐसा कोई स्पष्ट रुझान नहीं था जो दर्शाता हो कि पुराने एंजाइम युवा एंजाइमों से मौलिक रूप से अलग व्यवहार करते थे। यहां तक कि बहुत प्राचीन विकासवादी शाखाओं से पुनर्निर्मित एंजाइमों ने भी वर्तमान समय के रोगाणुओं में पाए जाने वाले समस्थानिक पैटर्न उत्पन्न किए।यह स्थिरता बताती है कि नाइट्रोजन स्थिरीकरण का मूल रसायन जल्दी स्थापित हो गया और बड़े ग्रहीय परिवर्तनों के माध्यम से काफी हद तक बरकरार रहा। पुनर्निर्मित एंजाइमों द्वारा कवर की गई अवधि के दौरान, पृथ्वी ने वायुमंडलीय संरचना, पारिस्थितिक जटिलता और पर्यावरणीय स्थितियों में बदलाव का अनुभव किया। फिर भी ऐसा प्रतीत होता है कि नाइट्रोजनेज़ से जुड़ी समस्थानिक छाप कायम है।
पृथ्वी से परे जीवन की खोज को प्राचीन एंजाइमों से बढ़ावा मिलता है
परिणाम इस विचार को मजबूत करते हैं कि मोलिब्डेनम-आधारित नाइट्रोजन स्थिरीकरण पृथ्वी के इतिहास में बहुत पहले ही सामने आया था और यह रॉक रिकॉर्ड में वर्तमान में मान्यता प्राप्त सबसे पुराने साक्ष्य से भी पहले का हो सकता है। यदि एंजाइम अरबों साल पहले से ही समान समस्थानिक हस्ताक्षर का उत्पादन कर रहा था, तो चट्टानों में संरक्षित प्राचीन नाइट्रोजन के निशान जैविक गतिविधि के अधिक विश्वसनीय संकेतक बन जाते हैं।अध्ययन के अनुसार, एक बार जब एक सफल चयापचय रणनीति जीवित प्रणालियों के भीतर अंतर्निहित हो जाती है, तो इसकी मौलिक जैव रासायनिक विशेषताएं आश्चर्यजनक रूप से परिवर्तन के प्रति प्रतिरोधी रह सकती हैं। इस मामले में, एक ऐसी प्रक्रिया जो आज पूरे ग्रह पर जीवन को बनाए रखने में मदद करती है, उसी तरह से काम कर सकती है जैसे यह तब हुआ करती थी जब पृथ्वी पर अभी भी माइक्रोबियल पारिस्थितिक तंत्र का प्रभुत्व था।हमारे अपने ग्रह को समझने के अलावा, ये निष्कर्ष अन्यत्र जीवन की खोज में भी मदद कर सकते हैं। वैज्ञानिक अक्सर ऐसे रासायनिक बायोसिग्नेचर की तलाश करते हैं जो अन्य दुनिया पर जैविक गतिविधि को प्रकट कर सकें। यह प्रदर्शित करना कि कुछ समस्थानिक उंगलियों के निशान लंबे समय तक स्थिर रह सकते हैं, यह अधिक विश्वास प्रदान करता है कि इसी तरह के सुराग, यदि पृथ्वी से परे खोजे जाते हैं, तो जीवित प्रक्रियाओं के बारे में सार्थक जानकारी ले सकते हैं। अभी के लिए, पुनर्जीवित एंजाइम जैविक इतिहास के एक अध्याय में एक दुर्लभ झलक पेश करता है जो जानवरों, पौधों और यहां तक कि जटिल कोशिकाओं से भी पहले का है, जो आणविक विरासत को प्रकट करता है जो अरबों वर्षों से कायम है।
