ന്റെ ബയോസിന്തസിസ് പ്രോട്ടീനുകൾ ഒപ്പം ന്യൂക്ലിക് ആസിഡ് ആവശ്യമുണ്ട് നൈട്രജൻ എന്നിരുന്നാലും അന്തരീക്ഷ നൈട്രജൻ ലഭ്യമല്ല യൂക്കറിയോട്ടുകൾ ഓർഗാനിക് സിന്തസിസിനായി. കുറച്ച് പ്രോകാരിയോട്ടുകൾ മാത്രം (ഉദാ സയനോബാക്ടീരിയ, ക്ലോസ്ട്രിഡിയ, ആർക്കിയ മുതലായവ) ധാരാളമായി ലഭ്യമായ തന്മാത്രാ നൈട്രജനെ പരിഹരിക്കാനുള്ള കഴിവുണ്ട് അന്തരീക്ഷം. ചില നൈട്രജൻ ഫിക്സിംഗ് ബാക്ടീരിയ എൻഡോസിംബിയോണ്ടുകളായി സഹജീവി ബന്ധത്തിൽ യൂക്കറിയോട്ടിക് കോശങ്ങൾക്കുള്ളിൽ ജീവിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, സയനോബാക്ടീരിയ Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) ഏകകോശ മൈക്രോആൽഗയുടെ എൻഡോസിംബിയൻ്റാണ്. Braarudosphaera bigelowii സമുദ്ര സംവിധാനങ്ങളിൽ. ഇത്തരം പ്രകൃതി പ്രതിഭാസങ്ങൾ യൂക്കറിയോട്ടിക്കിൻ്റെ പരിണാമത്തിൽ നിർണായക പങ്ക് വഹിച്ചതായി കരുതപ്പെടുന്നു. സെൽ എൻഡോസിംബയോട്ടിക് ബാക്ടീരിയയെ യൂക്കറിയോട്ടിക് സെല്ലുമായി സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ മൈറ്റോകോൺഡ്രിയയും ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റുകളും അവയവങ്ങൾ. അടുത്തിടെ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പഠനത്തിൽ, ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തിയത് സയനോബാക്ടീരിയ "യുസിഎൻ-എ"യൂക്കറിയോട്ടിക് മൈക്രോ ആൽഗകളുമായി അടുത്ത് സംയോജിപ്പിച്ചിരുന്നു Braarudosphaera bigelowii എൻഡോസിംബിയോണ്ടിൽ നിന്ന് നൈട്രോപ്ലാസ്റ്റ് എന്ന പേരിലുള്ള നൈട്രജൻ-ഫിക്സിംഗ് യൂക്കറിയോട്ടിക് സെൽ ഓർഗനെല്ലായി പരിണമിച്ചു. ഇത് മൈക്രോ ആൽഗകളെ ഉണ്ടാക്കി Braarudosphaera bigelowii അറിയപ്പെടുന്ന ആദ്യത്തെ നൈട്രജൻ-ഫിക്സിംഗ് യൂക്കറിയോട്ട്. ഈ കണ്ടുപിടിത്തം അന്തരീക്ഷ നൈട്രജനെ പ്രോകാരിയോട്ടുകളിൽ നിന്ന് യൂക്കറിയോട്ടുകളിലേക്ക് ഫിക്സേഷൻ ചെയ്യുന്ന പ്രവർത്തനം വിപുലീകരിച്ചു.
സിംബയോസിസ് അതായത്, വിവിധ ജീവിവർഗങ്ങളുടെ ആവാസവ്യവസ്ഥ പങ്കിടുകയും ഒരുമിച്ച് ജീവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നത് ഒരു സാധാരണ പ്രകൃതി പ്രതിഭാസമാണ്. സഹജീവി ബന്ധത്തിലെ പങ്കാളികൾ പരസ്പരം പ്രയോജനം ചെയ്തേക്കാം (പരസ്പരവാദം), അല്ലെങ്കിൽ ഒരാൾക്ക് പ്രയോജനം നേടാം, മറ്റൊരാൾ ബാധിക്കപ്പെടാതെ (കോമൻസലിസം) അല്ലെങ്കിൽ ഒരാൾക്ക് ദോഷം ചെയ്യുമ്പോൾ (പരാന്ധത). ഒരു ജീവി മറ്റൊന്നിനുള്ളിൽ ജീവിക്കുമ്പോൾ സഹജീവി ബന്ധത്തെ എൻഡോസിംബയോസിസ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു, ഉദാഹരണത്തിന്, യൂക്കറിയോട്ടിക് സെല്ലിനുള്ളിൽ ജീവിക്കുന്ന ഒരു പ്രോകാരിയോട്ടിക് സെൽ. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ പ്രോകാരിയോട്ടിക് സെല്ലിനെ വിളിക്കുന്നു എൻഡോസിംബിയൻ്റ്.
എൻഡോസിംബയോസിസ് (അതായത്, പൂർവ്വിക യൂക്കറിയോട്ടിക് സെൽ മുഖേനയുള്ള പ്രോകാരിയോട്ടുകളുടെ ആന്തരികവൽക്കരണം) മൈറ്റോകോൺഡ്രിയയുടെയും ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റുകളുടെയും പരിണാമത്തിൽ നിർണായക പങ്ക് വഹിച്ചു, കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ യൂക്കറിയോട്ടിക് കോശങ്ങളുടെ സ്വഭാവ സവിശേഷതകളായ സെൽ-ഓർഗനലുകൾ, ഇത് യൂക്കറിയോട്ടിക് ജീവിത രൂപങ്ങളുടെ വ്യാപനത്തിന് കാരണമായി. പരിസ്ഥിതി ഓക്സിജൻ സമ്പുഷ്ടമായിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഒരു സമയത്ത് ഒരു എയ്റോബിക് പ്രോട്ടിയോബാക്ടീരിയം എൻഡോസിംബിയോണ്ടായി മാറുന്നതിനായി പൂർവ്വിക യൂക്കറിയോട്ടിക് സെല്ലിൽ പ്രവേശിച്ചതായി കരുതപ്പെടുന്നു. ഊർജ്ജം ഉണ്ടാക്കാൻ ഓക്സിജൻ ഉപയോഗിക്കാനുള്ള എൻഡോസിംബിയൻ്റ് പ്രോട്ടിയോബാക്ടീരിയത്തിൻ്റെ കഴിവ്, പുതിയ പരിതസ്ഥിതിയിൽ അഭിവൃദ്ധി പ്രാപിക്കാൻ ആതിഥേയ യൂക്കാരിയോട്ടിനെ അനുവദിച്ചപ്പോൾ മറ്റ് യൂക്കാരിയോട്ടുകൾ പുതിയ ഓക്സിജൻ സമ്പുഷ്ടമായ അന്തരീക്ഷം അടിച്ചേൽപ്പിക്കുന്ന നെഗറ്റീവ് സെലക്ഷൻ സമ്മർദ്ദം മൂലം വംശനാശം സംഭവിച്ചു. ഒടുവിൽ, പ്രോട്ടിയോബാക്ടീരിയം ഹോസ്റ്റ് സിസ്റ്റവുമായി സംയോജിച്ച് ഒരു മൈറ്റോകോണ്ട്രിയൻ ആയിത്തീർന്നു. അതുപോലെ, ചില പ്രകാശസംശ്ലേഷണം നടത്തുന്ന സയനോബാക്ടീരിയകൾ എൻഡോസിംബിയൻ്റ് ആകാൻ പൂർവ്വിക യൂക്കാരിയോട്ടുകളിൽ പ്രവേശിച്ചു. കാലക്രമേണ, അവർ ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റുകളായി യൂക്കറിയോട്ടിക് ഹോസ്റ്റ് സിസ്റ്റവുമായി സ്വാംശീകരിച്ചു. ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റുകളുള്ള യൂക്കാരിയോട്ടുകൾ അന്തരീക്ഷത്തിലെ കാർബൺ ഉറപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള കഴിവ് നേടുകയും ഓട്ടോട്രോഫുകളായി മാറുകയും ചെയ്തു. പൂർവ്വിക യൂക്കാരിയോട്ടുകളിൽ നിന്നുള്ള കാർബൺ ഫിക്സിംഗ് യൂക്കറിയോട്ടുകളുടെ പരിണാമം ഭൂമിയിലെ ജീവചരിത്രത്തിലെ ഒരു വഴിത്തിരിവായിരുന്നു.
പ്രോട്ടീനുകളുടെയും ന്യൂക്ലിക് ആസിഡുകളുടെയും ഓർഗാനിക് സംശ്ലേഷണത്തിന് നൈട്രജൻ ആവശ്യമാണ്, എന്നിരുന്നാലും അന്തരീക്ഷ നൈട്രജനെ ശരിയാക്കാനുള്ള കഴിവ് ചില പ്രോകാരിയോട്ടുകൾക്ക് മാത്രമായി പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു (ചില സയനോബാക്ടീരിയ, ക്ലോസ്ട്രിഡിയ, ആർക്കിയ മുതലായവ). അറിയപ്പെടുന്ന യൂക്കറിയോട്ടുകൾക്കൊന്നും അന്തരീക്ഷ നൈട്രജനെ സ്വതന്ത്രമായി പരിഹരിക്കാൻ കഴിയില്ല. വളരാൻ നൈട്രജൻ ആവശ്യമായ നൈട്രജൻ-ഫിക്സിംഗ് പ്രോകാരിയോട്ടുകളും കാർബൺ-ഫിക്സിംഗ് യൂക്കറിയോട്ടുകളും തമ്മിലുള്ള പരസ്പര ബന്ധങ്ങൾ പ്രകൃതിയിൽ കാണപ്പെടുന്നു. അത്തരത്തിലുള്ള ഒരു ഉദാഹരണമാണ് സയനോ ബാക്ടീരിയയായ Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) യും ഏകകോശ മൈക്രോആൽഗയായ Braarudosphaera bigelowii യും തമ്മിലുള്ള പങ്കാളിത്തം.
അടുത്തിടെ നടത്തിയ ഒരു പഠനത്തിൽ, സയനോബാക്ടീരിയ Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) യും ഏകകോശ മൈക്രോഅൽഗയായ Braarudosphaera bigelowii യും തമ്മിലുള്ള എൻഡോസിംബയോട്ടിക് ബന്ധം സോഫ്റ്റ് എക്സ്-റേ ടോമോഗ്രാഫി ഉപയോഗിച്ച് അന്വേഷിച്ചു. സെൽ രൂപഘടനയുടെയും ആൽഗയുടെ വിഭജനത്തിൻ്റെയും ദൃശ്യവൽക്കരണം, കോശവിഭജന സമയത്ത് യൂക്കറിയോട്ടിലെ ക്ലോറോപ്ലാസ്റ്റുകളും മൈറ്റോകോണ്ട്രിയയും വിഭജിക്കുന്ന രീതിയിൽ എൻഡോസിംബിയൻ്റ് സയനോബാക്ടീരിയയെ തുല്യമായി വിഭജിക്കുന്ന ഒരു ഏകോപിത കോശചക്രം വെളിപ്പെടുത്തി. സെല്ലുലാർ പ്രവർത്തനങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനം, അവയുടെ ഗണ്യമായ അംശം ആൽഗകളുടെ ജീനോം എൻകോഡ് ചെയ്തതായി കണ്ടെത്തി. ബയോസിന്തസിസ്, കോശവളർച്ച, വിഭജനം എന്നിവയ്ക്ക് ആവശ്യമായ പ്രോട്ടീനുകൾ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ കണ്ടെത്തലുകൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നത് എൻഡോസിംബിയൻ്റ് സയനോബാക്ടീരിയ ഹോസ്റ്റ് സെല്ലുലാർ സിസ്റ്റവുമായി അടുത്ത് സംയോജിക്കുകയും ഒരു എൻഡോസിംബിയോണ്ടിൽ നിന്ന് ഹോസ്റ്റ് സെല്ലിൻ്റെ പൂർണ്ണമായ അവയവത്തിലേക്ക് മാറുകയും ചെയ്തു. തൽഫലമായി, വളർച്ചയ്ക്ക് ആവശ്യമായ പ്രോട്ടീനുകളുടെയും ന്യൂക്ലിക് ആസിഡുകളുടെയും സമന്വയത്തിനായി അന്തരീക്ഷ നൈട്രജനെ പരിഹരിക്കാനുള്ള കഴിവ് ഹോസ്റ്റ് ആൽഗൽ സെല്ലിന് ലഭിച്ചു. പുതിയ അവയവത്തിന് പേരിട്ടു നൈട്രോപ്ലാസ്റ്റ് അതിൻ്റെ നൈട്രജൻ ഫിക്സിംഗ് കഴിവ് കാരണം.
ഇത് ഏകകോശ മൈക്രോആൽഗകളെ ഉണ്ടാക്കുന്നു Braarudosphaera bigelowii ആദ്യത്തെ നൈട്രജൻ-ഫിക്സിംഗ് യൂക്കറിയോട്ട്. ഈ വികസനത്തിന് പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ ഉണ്ടായേക്കാം കാർഷിക ദീർഘകാലാടിസ്ഥാനത്തിൽ രാസവള വ്യവസായവും.
***
അവലംബം:
- കോൾ, ടി.എച്ച് et al. 2024. ഒരു സമുദ്ര ആൽഗയിലെ നൈട്രജൻ ഫിക്സിംഗ് ഓർഗനെൽ. ശാസ്ത്രം. 11 ഏപ്രിൽ 2024. വാല്യം 384, ലക്കം 6692 പേജ്. 217-222. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075
- മസാന ആർ., 2024. നൈട്രോപ്ലാസ്റ്റ്: ഒരു നൈട്രജൻ ഫിക്സിംഗ് ഓർഗനെൽ. ശാസ്ത്രം. 11 ഏപ്രിൽ 2024. വാല്യം 384, ലക്കം 6692. പേജ് 160-161. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571
***
