चमगादड़ एकमात्र स्तनधारी हैं जो सच्ची संचालित उड़ान के लिए सक्षम हैं, फिर भी उनके पंख सभी स्तनधारियों में पाए जाने वाले एक ही मूल पांच-अंकीय अंग संरचना से विकसित हुए हैं। कैसे, फिर, वे अकेले उड़ सकते हैं?
“सबसे पहले, जब वैज्ञानिकों ने जानवरों की तुलना करना शुरू किया, तो हमने सोचा कि बड़े शारीरिक अंतर डीएनए में बड़े अंतर से आना चाहिए,” क्रिश्चियन फेरेग्रिनो, एक नए के प्रमुख सह-लेखक क्रिश्चियन फेरेग्रिनो अध्ययन में प्रकाशित प्रकृति पारिस्थितिकी और विकास कि कैसे पाया गया है।
“लेकिन जैसा कि अधिक जीनोम को अनुक्रमित किया गया था, हमें एहसास हुआ कि स्तनधारी अधिकांश एक ही जीन साझा करते हैं। भ्रूण, भी, बहुत, शुरुआती चरणों में बहुत समान दिखते हैं – आप एक माउस या यहां तक कि एक डॉल्फिन से एक बल्ले नहीं बता सकते हैं। इसलिए सवाल यह हुआ कि कैसे एक ही जीन, एक ही ब्लूप्रिंट से शुरू होता है, ऐसे अलग -अलग अंगों का उत्पादन करते हैं?”
“उत्तर में वैज्ञानिकों ने विनियामक विकास को क्या कहा है: कब, कहां, और कैसे जीन को बदल दिया जाता है।”
द कोयरोपटैगियम मिस्ट्री
स्तनधारियों में आमतौर पर फोरलिम्स होते हैं जो पांच उंगलियों या पैर की उंगलियों के साथ हथियार या पैर बनाते हैं। चमगादड़ में, ये अंग समय के साथ बहुत बदल गए हैं। अंक (उंगलियां) दो के माध्यम से दो को फैलाया जाता है और त्वचा की एक पतली शीट से जुड़ा होता है जिसे चिरोपेटियम कहा जाता है, जो उड़ने के लिए विंग की सतह का अधिकांश हिस्सा बनाता है।
वैज्ञानिकों ने लंबे समय से आश्चर्यचकित किया है कि चमगादड़ इस त्वचा को अपनी उंगलियों के बीच कैसे रखते हैं। अन्य स्तनधारियों में, जैसे मनुष्यों या चूहों, उंगलियों के बीच की त्वचा एक प्रक्रिया में जन्म से पहले गायब हो जाती है जहां कोशिकाएं उद्देश्य से मर जाती हैं, जिसे एपोप्टोसिस कहा जाता है। एक प्रमुख परिकल्पना यह है कि चमगादड़ ने इस इंटरडिजिटल सेल डेथ को दबाकर उड़ान विकसित की, जिससे त्वचा को विंग की सतह पर रहने और बनाने की अनुमति मिली।
नए अध्ययन ने एक अधिक बारीक तस्वीर चित्रित की, हालांकि।
यह परीक्षण करने के लिए कि क्या चमगादड़ों ने वास्तव में विकासशील विंग में एपोप्टोसिस को दबा दिया था, शोधकर्ताओं ने चमगादड़ से भ्रूण अंग ऊतक से 180,000 से अधिक कोशिकाओं पर एकल-सेल आरएनए अनुक्रमण, प्लस अन्य जीनोमिक उपकरणों का उपयोग करके एक “इंटरसेपिसिज़ लिम्ब एटलस” का निर्माण किया (अन्य जीनोमिक उपकरण, (कर्लियों का) और विकास के विभिन्न चरणों में चूहे।
इसने उन्हें प्रमुख विकासात्मक चरणों में अंग में प्रत्येक प्रमुख सेल आबादी को मैप करने की अनुमति दी, जिसमें हड्डी, मांसपेशियों, संयोजी ऊतक और त्वचा के लिए जिम्मेदार शामिल हैं, और कम्प्यूटेशनल मॉडल और सांख्यिकीय विश्लेषणों का उपयोग करके परिणामों की तुलना करते हैं।
पेपर के सह-प्रमुख लेखक मैग्डेलेना शिंडलर ने कहा, “हमें चमगादड़ में विशेष, अद्वितीय कोशिकाएं खोजने की उम्मीद थी, जो कि चिरोपेटियम बनाते हैं।” “लेकिन हमारा पहला बड़ा आश्चर्य यह था कि, सेलुलर स्तर पर, बल्ले और माउस अंग लगभग समान हैं। एक ही सेल प्रकार पूरे विकास में दिखाई देते हैं, चाहे अंग एक पंजे हो या पंख हो।”
दोनों प्रजातियों में, कोशिका मृत्यु से जुड़े जीन, जैसे Aldh1a2 और BMP2उंगलियों के बीच ऊतक में सक्रिय थे, यहां तक कि चमगादड़ में भी जहां कायरोपेटैगियम कायम था। इसका मतलब है कि कोशिका मृत्यु अभी भी हुई, परिकल्पना को चुनौती देते हुए कि विंग ऊतक को बरकरार रखा गया है क्योंकि कोशिका मृत्यु को बाधित किया जाता है।
गहराई से खुदाई करते हुए, टीम ने बैट भ्रूण में उस क्षेत्र से कोशिकाओं में आनुवंशिक सामग्री को विच्छेद और अनुक्रमण करके खुद कोयरोपेटैगियम के एकल-कोशिका विश्लेषण का प्रदर्शन किया। उन्हें फाइब्रोब्लास्ट की एक विशेष आबादी मिली – संयोजी ऊतक कोशिकाएं – केवल बैट फोरलिम्स में और उंगलियों के बीच मौजूद हैं।
अर्थात्, एक नए सेल प्रकार का आविष्कार करने के बजाय, इवोल्यूशन ने एक मौजूदा को सामान्य रूप से चूहों में कंधे के करीब पाया गया था। चमगादड़ में, इन कोशिकाओं को अंकों के बीच तैनात किया जाता है, जबकि आसपास की कोशिकाएं अभी भी एपोप्टोसिस से गुजरती हैं जो अलग -अलग उंगलियों को मूर्तिकला देती हैं।
इन फाइब्रोब्लास्ट्स ने दो प्रतिलेखन कारकों की उच्च गतिविधि दिखाई, Meis2 और Tbx3। अन्य स्तनधारियों में, इन जीनों को उंगलियों के रूप में बंद कर दिया जाता है। चमगादड़ में, वे विकासशील अंकों के पास डिस्टल अंग में वापस स्विच किए जाते हैं।
डॉ। शिंडलर ने कहा, “उन्हें बैट विंग्स विकसित करने से पहले देखा गया था, लेकिन कोई भी उनकी भूमिका नहीं जानता था।” “हमारा विश्लेषण अब उन्हें इस विशिष्ट फाइब्रोब्लास्ट आबादी की पहचान से जोड़ता है, यह दर्शाता है कि वे आनुवंशिक कार्यक्रम के केंद्रीय घटक हैं जो इन कोशिकाओं को उनकी पहचान देता है और यह प्रभावित कर सकता है कि एपोप्टोसिस को कैसे विनियमित किया जाता है।”
इस तरह की आनुवंशिक पुनर्वितरण, जिसे विकासवादी सह-विकल्प के रूप में जाना जाता है, जीवों को नए आविष्कार करने के बजाय मौजूदा जीन कार्यक्रमों का उपयोग करके नई संरचनाओं का निर्माण करने की अनुमति देता है।
चूहों में परीक्षण
लेकिन क्या ये जीन वास्तव में अपने दम पर विंग गठन को चला सकते हैं?
इसका परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने जीन के बैट संस्करणों को व्यक्त करने के लिए ट्रांसजेनिक चूहों को इंजीनियर किया Meis2 और Tbx3 डिस्टल अंग और इंटरडिजिटल ऊतकों में, जहां वे आमतौर पर चुप होते हैं। उन्होंने एक विशेष डीएनए एन्हांसर का उपयोग किया, जिसने इन जीनों को विकासशील उंगलियों और उनके बीच बद्धी में सक्रिय किया।
परिणाम: माउस भ्रूण ने वेबबेड अंकों को उगाना शुरू कर दिया और उनकी उंगलियों के बीच ऊतक मोटा और अधिक संरचित हो गया, एक शुरुआती बैट विंग की तरह। बद्धी में कोशिकाओं ने बैट विंग फाइब्रोब्लास्ट में पाए जाने वाले अन्य जीनों को भी व्यक्त करना शुरू कर दिया।
ये परिवर्तन सिर्फ आणविक नहीं थे। जब शोधकर्ताओं ने 3 डी में अंगों की नकल की, तो उन्होंने स्पष्ट शारीरिक अंतर देखा। संशोधित चूहों ने हाथों के क्षेत्र में अंकों और विस्तारित संयोजी ऊतक का विस्तार किया था, दोनों बैट चिरोपेटियम के हॉलमार्क थे।
“सिर्फ इन दो प्रतिलेखन कारकों के साथ, हम आंशिक रूप से बल्ले के विंग-निर्माण कार्यक्रम को आंशिक रूप से पुनरावृत्ति कर सकते हैं,” डॉ। फेरेग्रिनो ने कहा। “यह एक माउस को बल्ले में बदलने से एक लंबा रास्ता है, क्योंकि उड़ान को हड्डियों, मांसपेशियों, त्वचा और अधिक में समन्वित परिवर्तन की आवश्यकता होती है। लेकिन निष्कर्ष बताते हैं कि ये नियामक बदलाव कितने शक्तिशाली हो सकते हैं।”
चमगादड़ से परे
जबकि शोधकर्ता चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए लक्ष्य नहीं कर रहे थे, निष्कर्ष मानव विकास संबंधी विकारों को समझने में मदद कर सकते थे। Syndactyly, एक जन्मजात स्थिति जहां उंगलियां जुड़ी रहती हैं, बैट विंग गठन के साथ तंत्र साझा कर सकती हैं। यह जानना कि कौन से जीन अंक पृथक्करण को प्रभावित करते हैं, बेहतर निदान करने या यहां तक कि ऐसी स्थितियों का इलाज करने में मदद कर सकते हैं।
“अध्ययन अन्य विकासवादी पहेलियों के लिए सुराग भी प्रदान करता है,” डॉ। फेरेग्रिनो ने कहा। “बर्ड विंग्स, फिश फिन, और व्हेल फ्लिपर्स सभी एक समान रणनीति का पालन कर सकते हैं: एक सार्वभौमिक विकास योजना के साथ शुरू करें, फिर नए रूपों को बनाने के लिए विशिष्ट आनुवंशिक ‘डायल’ को ट्विक करें।”
“सिंगल-सेल टूल्स के साथ, हम कई और तरीकों को उजागर करने की उम्मीद करते हैं, विकास पुराने जीनों को रचनात्मक रूप से पुन: पेश करता है,” डॉ। शिंडलर ने कहा।
मांजीरा गोवरवरम ने आरएनए बायोकेमिस्ट्री में पीएचडी की है और एक फ्रीलांस साइंस राइटर के रूप में काम किया है।
