यूकेरियोटिक शैवाल में नाइट्रोजन-फिक्सिंग सेल-ऑर्गेनेल नाइट्रोप्लास्ट की खोज   

का जैवसंश्लेषण प्रोटीन और न्यूक्लिक अम्ल की आवश्यकता होती है नाइट्रोजन हालाँकि वायुमंडलीय नाइट्रोजन उपलब्ध नहीं है यूकैर्योसाइटों कार्बनिक संश्लेषण के लिए. केवल कुछ प्रोकैरियोट्स (जैसे cyanobacteria, clostridia, आर्किया आदि) में प्रचुर मात्रा में उपलब्ध आणविक नाइट्रोजन को स्थिर करने की क्षमता होती है माहौल. कुछ नाइट्रोजन-फिक्सिंग जीवाणु यूकेरियोटिक कोशिकाओं के अंदर एंडोसिम्बियोन्ट्स के रूप में सहजीवी संबंध में रहते हैं। उदाहरण के लिए, सायनोबैक्टीरिया कैंडिडैटस एटेलोसाइनोबैक्टीरियम थैलासा (UCYN-A) एककोशिकीय सूक्ष्म शैवाल का एक एंडोसिम्बियन्ट है ब्रारुडोस्फेरा बिगेलोवी समुद्री प्रणालियों में. ऐसा माना जाता है कि इस तरह की प्राकृतिक घटना ने यूकेरियोटिक के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है सेल यूकेरियोटिक कोशिका में एंडोसिम्बायोटिक बैक्टीरिया के एकीकरण के माध्यम से ऑर्गेनेल माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट। हाल ही में प्रकाशित एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने पाया कि सायनोबैक्टीरिया "UCYN-एयूकेरियोटिक सूक्ष्मशैवाल के साथ घनिष्ठ रूप से एकीकृत हो गया था ब्रारुडोस्फेरा बिगेलोवी और एक एंडोसिम्बियोन्ट से नाइट्रोजन-फिक्सिंग यूकेरियोटिक सेल ऑर्गेनेल नामक नाइट्रोप्लास्ट में विकसित हुआ। इससे सूक्ष्म शैवाल बने ब्रारुडोस्फेरा बिगेलोवी पहला ज्ञात नाइट्रोजन स्थिरीकरण यूकेरियोट। इस खोज ने प्रोकैरियोट्स से यूकेरियोट्स तक वायुमंडलीय नाइट्रोजन के निर्धारण के कार्य का विस्तार किया है।  

सिम्बायोसिस यानी विभिन्न प्रजातियों के जीवों का आवास साझा करना और एक साथ रहना एक सामान्य प्राकृतिक घटना है। सहजीवी संबंध में भागीदार एक दूसरे से लाभान्वित हो सकते हैं (पारस्परिकता), या एक को लाभ हो सकता है जबकि दूसरा अप्रभावित रह सकता है (सहभोजिता) या एक को लाभ हो सकता है जबकि दूसरे को नुकसान हो सकता है (परजीविता)। सहजीवी संबंध को एंडोसिम्बायोसिस कहा जाता है जब एक जीव दूसरे के अंदर रहता है, उदाहरण के लिए, यूकेरियोटिक कोशिका के अंदर रहने वाली एक प्रोकैरियोटिक कोशिका। ऐसी स्थिति में प्रोकैरियोटिक कोशिका को एन्डोसिम्बियोन्ट कहा जाता है।  

एंडोसिम्बायोसिस (यानी, पैतृक यूकेरियोटिक कोशिका द्वारा प्रोकैरियोट्स का आंतरिककरण) ने माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, अधिक जटिल यूकेरियोटिक कोशिकाओं की कोशिका-ऑर्गेनेल विशेषता, जिसने यूकेरियोटिक जीवन रूपों के प्रसार में योगदान दिया। ऐसा माना जाता है कि एक एरोबिक प्रोटीओबैक्टीरियम उस समय पैतृक यूकेरियोटिक कोशिका में प्रवेश करके एंडोसिम्बियोन्ट बन गया था जब पर्यावरण तेजी से ऑक्सीजन युक्त होता जा रहा था। ऊर्जा बनाने के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करने के लिए एंडोसिम्बियन्ट प्रोटीओबैक्टीरियम की क्षमता ने मेजबान यूकेरियोट को नए वातावरण में पनपने की अनुमति दी, जबकि अन्य यूकेरियोट्स नए ऑक्सीजन-समृद्ध वातावरण द्वारा लगाए गए नकारात्मक चयन दबाव के कारण विलुप्त हो गए। अंततः, प्रोटीओबैक्टीरियम मेजबान प्रणाली के साथ एकीकृत होकर माइटोकॉन्ड्रियन बन गया। इसी प्रकार, कुछ प्रकाश संश्लेषण करने वाले सायनोबैक्टीरिया एंडोसिम्बियोन्ट बनने के लिए पैतृक यूकेरियोट्स में प्रवेश कर गए। समय के साथ, वे क्लोरोप्लास्ट बनने के लिए यूकेरियोटिक मेजबान प्रणाली के साथ आत्मसात हो गए। क्लोरोप्लास्ट वाले यूकेरियोट्स ने वायुमंडलीय कार्बन को स्थिर करने की क्षमता हासिल कर ली और स्वपोषी बन गए। पैतृक यूकेरियोट्स से कार्बन-फिक्सिंग यूकेरियोट्स का विकास पृथ्वी पर जीवन के इतिहास में एक महत्वपूर्ण मोड़ था। 

प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के कार्बनिक संश्लेषण के लिए नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है, हालांकि वायुमंडलीय नाइट्रोजन को ठीक करने की क्षमता केवल कुछ प्रोकैरियोट्स (जैसे कुछ साइनोबैक्टीरिया, क्लॉस्ट्रिडिया, आर्किया आदि) तक ही सीमित है। कोई भी ज्ञात यूकेरियोट्स वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्वतंत्र रूप से स्थिर नहीं कर सकता है। नाइट्रोजन-फिक्सिंग प्रोकैरियोट्स और कार्बन-फिक्सिंग यूकेरियोट्स के बीच पारस्परिक एंडोसिम्बायोटिक संबंध जिन्हें बढ़ने के लिए नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है, प्रकृति में देखे जाते हैं। ऐसा ही एक उदाहरण समुद्री प्रणालियों में साइनोबैक्टीरिया कैंडिडैटस एटेलोसाइनोबैक्टीरियम थैलासा (यूसीवाईएन-ए) और एककोशिकीय माइक्रोएल्गे ब्रारुडोस्फेरा बिगेलोवी के बीच साझेदारी है।  

हाल के एक अध्ययन में, साइनोबैक्टीरिया कैंडिडैटस एटेलोसाइनोबैक्टीरियम थैलासा (यूसीवाईएन-ए) और एककोशिकीय माइक्रोएल्गे ब्रारुडोस्फेरा बिगेलोवी के बीच एंडोसिम्बायोटिक संबंध की जांच नरम एक्स-रे टोमोग्राफी का उपयोग करके की गई थी। कोशिका आकृति विज्ञान और शैवाल के विभाजन के दृश्य से एक समन्वित कोशिका चक्र का पता चला जिसमें एंडोसिम्बियन्ट सायनोबैक्टीरिया उसी तरह समान रूप से विभाजित हुआ जिस तरह कोशिका विभाजन के दौरान यूकेरियोट में क्लोरोप्लास्ट और माइटोकॉन्ड्रिया विभाजित होते हैं। सेलुलर गतिविधियों में शामिल प्रोटीन के अध्ययन से पता चला कि उनका एक बड़ा हिस्सा शैवाल के जीनोम द्वारा एन्कोड किया गया था। इसमें जैवसंश्लेषण, कोशिका वृद्धि और विभाजन के लिए आवश्यक प्रोटीन शामिल थे। इन निष्कर्षों से पता चलता है कि एंडोसिम्बियोन्ट साइनोबैक्टीरिया मेजबान सेलुलर प्रणाली के साथ घनिष्ठ रूप से एकीकृत हो गया था और एक एंडोसिम्बियोन्ट से मेजबान कोशिका के पूर्ण अंग में परिवर्तित हो गया था। परिणामस्वरूप, मेजबान शैवाल कोशिका ने विकास के लिए आवश्यक प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के संश्लेषण के लिए वायुमंडलीय नाइट्रोजन को ठीक करने की क्षमता हासिल कर ली। नये अंगकोश का नाम दिया गया है नाइट्रोप्लास्ट इसकी नाइट्रोजन स्थिरीकरण क्षमता के कारण।  

इससे एककोशिकीय सूक्ष्म शैवाल बनता है ब्रारुडोस्फेरा बिगेलोवी पहला नाइट्रोजन-स्थिरीकरण यूकेरियोट। इस विकास के निहितार्थ हो सकते हैं कृषि और लंबे समय में रासायनिक उर्वरक उद्योग।

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सन्दर्भ:  

1. कोल, टी.एच एट अल. 2024. समुद्री शैवाल में नाइट्रोजन स्थिरीकरण अंगक। विज्ञान। 11 अप्रैल 2024। खंड 384, अंक 6692 पृष्ठ 217-222। डीओआई: https://doi.org/10.1126/science.adk1075 

2. मस्साना आर., 2024. नाइट्रोप्लास्ट: एक नाइट्रोजन-फिक्सिंग ऑर्गेनेल। विज्ञान। 11 अप्रैल 2024। खंड 384, अंक 6692। पीपी 160-161। डीओआई: https://doi.org/10.1126/science.ado8571  

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