युकेरियोटिक शैवालमा नाइट्रोजन-फिक्सिंग सेल-अर्गेनेल नाइट्रोप्लास्टको खोज   

को जैविक संश्लेषण प्रोटीन र न्यूक्लिक एसिड आवश्यक छ नाइट्रोजन तर वायुमण्डलीय नाइट्रोजन उपलब्ध छैन यूकेरियोट्स जैविक संश्लेषण को लागी। केवल केहि प्रोकारियोट्स (जस्तै साइनोबाक्टेरिया, क्लोस्ट्रिडिया, आर्चिया आदि) मा प्रचुर मात्रामा उपलब्ध आणविक नाइट्रोजन ठीक गर्ने क्षमता छ वातावरण। केहि नाइट्रोजन-फिक्सिंग ब्याक्टेरिया युकेरियोटिक कोशिका भित्र सिम्बायोटिक सम्बन्धमा endosymbionts को रूपमा बस्छ। उदाहरणका लागि, साइनोब्याक्टेरिया उम्मेदवार एटेलोसायनोब्याक्टेरियम थालासा (UCYN-A) युनिसेलुलर माइक्रोएल्गी को एक endosymbiont हो Braarudosphaera bigelowii समुद्री प्रणालीहरूमा। यस्तो प्राकृतिक घटनाले युकेरियोटिकको विकासमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेलेको मानिन्छ सेल युकेरियोटिक कोशिकामा एन्डोसिम्बायोटिक ब्याक्टेरियाको एकीकरण मार्फत अर्गानेल्स माइटोकोन्ड्रिया र क्लोरोप्लास्टहरू। भर्खरै प्रकाशित एक अध्ययनमा, अन्वेषकहरूले पत्ता लगाए कि साइनोब्याक्टेरिया "UCYN-Aयुकेरियोटिक माइक्रोएल्गीसँग नजिकबाट एकीकृत भएको थियो Braarudosphaera bigelowii र एन्डोसिम्बियोन्टबाट नाइट्रोजन-फिक्सिंग युकेरियोटिक सेल अर्गानेल नामको नाइट्रोप्लास्टमा विकसित भयो। यसले माइक्रोएल्गा बनायो Braarudosphaera bigelowii पहिलो ज्ञात नाइट्रोजन-फिक्सिंग युकेरियोट। यो खोजले वायुमण्डलीय नाइट्रोजनलाई प्रोकारियोट्सबाट युकेरियोट्समा फिक्स गर्ने कार्यलाई विस्तार गरेको छ।  

सिम्बायोसिस अर्थात् विभिन्न प्रजातिका जीवहरूको बासस्थान बाँडफाँड गर्नु र सँगै बस्नु सामान्य प्राकृतिक घटना हो। सिम्बायोटिक सम्बन्धका साझेदारहरूले एकअर्काबाट फाइदा लिन सक्छन् (परस्परवाद), वा एकले फाइदा लिन सक्छ जबकि अर्को अप्रभावित रहन्छ (कमेन्सालिज्म) वा एकलाई फाइदा हुन्छ जबकि अर्कोलाई हानि हुन्छ (परजीवीवाद)। सिम्बायोटिक सम्बन्धलाई endosymbiosis भनिन्छ जब एक जीव अर्को भित्र बस्छ, उदाहरण को लागी, एक प्रोकारियोटिक कोशिका युकेरियोटिक कोशिका भित्र बस्छ। यस्तो अवस्थामा प्रोकारियोटिक सेललाई एन्डोसिम्बियोन्ट भनिन्छ।  

Endosymbiosis (अर्थात्, पूर्वज युकेरियोटिक कोशिकाद्वारा प्रोकारियोटहरूको आन्तरिककरण) माइटोकोन्ड्रिया र क्लोरोप्लास्टहरूको विकासमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेलेको छ, अधिक जटिल युकेरियोटिक कोशिकाहरूको सेल-अर्गनेल्स विशेषता, जसले युकेरियोटिक जीवन रूपहरूको विस्तारमा योगदान पुर्‍यायो। एक एरोबिक प्रोटोब्याक्टेरियमले पुर्खाको युकेरियोटिक कोशिकामा एन्डोसिम्बियोन्ट बन्नको लागि प्रवेश गरेको मानिन्छ जब वातावरण बढ्दो अक्सिजन समृद्ध हुँदै गइरहेको थियो। Endosymbiont proteobacterium को ऊर्जा बनाउन अक्सिजन प्रयोग गर्ने क्षमताले होस्ट युकेरियोटलाई नयाँ वातावरणमा फस्टाउन अनुमति दियो जबकि अन्य युकेरियोटहरू नयाँ अक्सिजन युक्त वातावरणद्वारा लगाइएको नकारात्मक चयन दबाबका कारण लोप भए। अन्ततः, प्रोटोब्याक्टेरियम होस्ट प्रणाली संग एकीकृत माइटोकोन्ड्रियन बन्यो। त्यसैगरी, केही प्रकाश संश्लेषण गर्ने साइनोब्याक्टेरिया एन्डोसिम्बियोन्ट बन्न पुर्खाको युकेरियोट्समा प्रवेश गरे। निश्चित समयमा, तिनीहरूले क्लोरोप्लास्ट बन्न युकेरियोटिक होस्ट प्रणालीसँग आत्मसात गरे। क्लोरोप्लास्ट भएका युकेरियोटहरूले वायुमण्डलीय कार्बनलाई ठीक गर्ने क्षमता हासिल गरे र अटोट्रोफ भए। पूर्वज युकेरियोट्सबाट कार्बन-फिक्सिंग युकेरियोट्सको विकास पृथ्वीमा जीवनको इतिहासमा एक मोड थियो। 

प्रोटिन र न्यूक्लिक एसिडको जैविक संश्लेषणका लागि नाइट्रोजन आवश्यक हुन्छ तर वायुमण्डलीय नाइट्रोजनलाई ठीक गर्ने क्षमता केही प्रोकारियोटहरूमा मात्र सीमित हुन्छ (जस्तै केही साइनोब्याक्टेरिया, क्लोस्ट्रिडिया, आर्किया आदि)। कुनै पनि ज्ञात युकेरियोट्सले स्वतन्त्र रूपमा वायुमण्डलीय नाइट्रोजन ठीक गर्न सक्दैन। नाइट्रोजन-फिक्सिंग प्रोकारियोट्स र कार्बन-फिक्सिंग युकेरियोटहरू बीचको पारस्परिक एन्डोसिम्बायोटिक सम्बन्धहरू प्रकृतिमा देखिन्छन् जसलाई नाइट्रोजन चाहिन्छ। एउटा यस्तो उदाहरण हो, सामुद्रिक प्रणालीहरूमा साइनोब्याक्टेरिया Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) र युनिसेलुलर माइक्रोएल्गी Braarudosphaera bigelowii बीचको साझेदारी।  

भर्खरैको अध्ययनमा, साइनोब्याक्टेरिया क्यान्डिडेटस एटेलोस्यानोब्याक्टेरियम थालासा (UCYN-A) र युनिसेलुलर माइक्रोएल्गी ब्रारुडोस्फेरा बिगेलोवी बीचको एन्डोसिम्बायोटिक सम्बन्धलाई नरम एक्स-रे टोमोग्राफी प्रयोग गरेर अनुसन्धान गरिएको थियो। सेल आकारविज्ञान र अल्गाको विभाजनको दृश्यले एक समन्वित सेल चक्र प्रकट गर्‍यो जसमा एन्डोसिम्बियोन्ट साइनोब्याक्टेरियाले कोष विभाजनको क्रममा युकेरियोटमा क्लोरोप्लास्ट र माइटोकोन्ड्रियालाई समान रूपमा विभाजित गर्दछ। सेलुलर गतिविधिहरूमा संलग्न प्रोटीनहरूको अध्ययनले पत्ता लगायो कि तिनीहरूको एक ठूलो अंश शैवालको जीनोमद्वारा एन्कोड गरिएको थियो। यसमा बायोसिन्थेसिस, कोशिकाको वृद्धि र विभाजनको लागि आवश्यक प्रोटिनहरू समावेश थिए। यी निष्कर्षहरूले सुझाव दिन्छ कि एन्डोसाइम्बियोन्ट साइनोब्याक्टेरिया होस्ट सेलुलर प्रणालीसँग नजिकबाट एकीकृत भएको थियो र एन्डोसाइम्बियोन्टबाट होस्ट सेलको पूर्ण विकसित अंगमा ट्रान्जिसन भएको थियो। नतिजाको रूपमा, होस्ट अल्गल सेलले वृद्धिको लागि आवश्यक प्रोटीन र न्यूक्लिक एसिडहरूको संश्लेषणको लागि वायुमण्डलीय नाइट्रोजन ठीक गर्ने क्षमता हासिल गर्यो। नयाँ Organelle नाम दिइएको छ नाइट्रोप्लास्ट यसको नाइट्रोजन फिक्सिङ क्षमताको कारण।  

यसले युनिसेलुलर माइक्रोएल्गा बनाउँछ Braarudosphaera bigelowii पहिलो नाइट्रोजन-फिक्सिंग युकेरियोट। यो विकासको लागि प्रभाव हुन सक्छ कृषि र लामो अवधिमा रासायनिक मल उद्योग।

*** 

सन्दर्भ:  

1. कोल, TH et al। 2024. समुद्री अल्गामा नाइट्रोजन-फिक्सिंग अर्गानेल। विज्ञान। ११ अप्रिल २०२४। भोल्युम ३८४, अंक ६६९२ पृष्ठ २१७-२२२। DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 

2. Massana R., 2024. नाइट्रोप्लास्ट: एक नाइट्रोजन-फिक्सिंग अर्गनेल। विज्ञान। ११ अप्रिल २०२४। भोल्युम ३८४, अंक ६६९२। पृष्ठ १६०-१६१। DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

***