वह कोशिका जो मौजूद ही नहीं थी

क्योको हागिनो जापान के कोची शहर की शैवाल वैज्ञानिक हैं। जॉन ज़ेहर की तरह, उनकी कहानी भी 90 के दशक के उत्तरार्ध में एक सूक्ष्मजीव से शुरू हुई, जिसने उनके करियर की दिशा बदल दी। वह जीवाश्म विज्ञान अनुसंधान दल का हिस्सा थीं, जो पृथ्वी की पिछली जलवायु के बारे में जानकारी जुटाने के लिए समुद्र तल पर पाए जाने वाले छोटे शैवाल जीवाश्मों का अध्ययन कर रही थी।

उन्होंने जितने भी सूक्ष्म जीवाश्मों का अध्ययन किया, उनमें से एक ने उन्हें पूरी तरह से मोहित कर लिया। यह ब्राआरूडोस्फेरा बिगेलोवी नामक शैवाल की एक प्रजाति थी। हागिनो इसे प्यार से बिगेलोवी कहती हैं।

बिगेलोवी अपने जीवन के कुछ चरणों में इस खूबसूरत ज्यामितीय खोल से खुद को घेर लेता है, और हागिनो को अपने नमूनों में ये पंचकोणीय कंकाल मिले। उन्होंने कहा, "जब मैंने पहली बार बिगेलोवी को देखा, तो मुझे लगा कि इसकी आकृति कितनी सुंदर है। इसकी आकृति किसी रत्न की तरह बेहद खूबसूरत है।"

लेकिन अंदर रहने वाले शैवाल के बारे में किसी को कुछ भी पता नहीं था। हागिनो इसी का अध्ययन करना चाहती थी। लेकिन ऐसा लगता था कि किसी और को उसमें दिलचस्पी नहीं थी।

उन्होंने कहा, "जब मैंने पहली बार शोध शुरू किया, तो उस समय मेरे बॉस ने इस पर आपत्ति जताई थी। [मुझे बताया गया था] कि अगर आप ऐसा शोध भी करती हैं जिसे कोई नहीं पढ़ता, तो भी आपको नौकरी नहीं मिलेगी।"

उस समय, हागिनो को विश्वविद्यालय में नौकरी पाने में कठिनाई हो रही थी। साथ ही, वह अपने छोटे बच्चों की देखभाल भी कर रही थी। और वह एक नए शहर में जा रही थी जहाँ उसके पति को नौकरी मिल गई थी। उसके जीवन की हर परिस्थिति यही संकेत दे रही थी कि उसे यह सब छोड़ देना चाहिए और किसी और विषय की पढ़ाई करनी चाहिए। लेकिन हागिनो ऐसा नहीं कर सकी। किसी भी कारण से, इस शैवाल में कुछ ऐसा था जिसने उसे पूरी तरह से मोहित कर लिया था, और वह इसके बारे में सब कुछ जानना चाहती थी। भले ही इसका मतलब खुद से इसका अध्ययन करना ही क्यों न हो।

इसलिए हागिनो और उनकी बेटी ने इस दुर्लभ शैवाल को खोजने की उम्मीद में समुद्र तट पर जाकर समुद्री जल के नमूने एकत्र करना शुरू कर दिया। वर्षों में, उन्होंने ऐसे सैकड़ों दौरे किए। वे इतनी बार ऐसा करती रहीं कि उनकी बेटी को सचमुच यह पता ही नहीं था कि लोग तैरने जैसे अन्य कारणों से भी समुद्र तट पर जाते हैं।

"'समुद्र - क्या वह समुद्री जल इकट्ठा करने की जगह नहीं है?'" हागिनो ने बताया कि उनकी बेटी ने ऐसा कहा था।

इसके बाद हागिनो घंटों घर पर माइक्रोस्कोप के साथ बिगेलोवी कोशिकाओं की खोज में बितातीं और जब भी उन्हें मिलतीं, उन्हें एक-एक करके चुन लेतीं। यह बेहद समय लेने वाला काम था, लेकिन उनका अध्ययन करने का यही एकमात्र तरीका था। चाहे वह कुछ भी कर लें, कोशिकाएं टेस्ट ट्यूब में बढ़ने को तैयार नहीं थीं।

कई सालों तक हागिनो ने बिना किसी विश्वविद्यालय की तनख्वाह के एक कल्चर विकसित करने पर काम किया। गुजारा चलाने के लिए, उन्होंने एक प्रयोगशाला में टेस्ट ट्यूब धोने का अंशकालिक काम करना शुरू कर दिया। एक दिन, वह वहाँ के एक वैज्ञानिक से बात कर रही थीं, और उन्होंने उनके कल्चर में एक असामान्य सामग्री मिलाने का सुझाव दिया। यह कोई रसायन या ऐसी कोई चीज़ नहीं थी जो आमतौर पर प्रयोगशाला में पाई जाती हो। यह टोकोरोटेन था, जो समुद्री शैवाल से बना एक प्रकार का पारंपरिक जापानी जेली नूडल है।

हागिनो को यह देखकर आश्चर्य हुआ कि नूडल्स ठीक वही थे जिनकी बिगेलोवी को जरूरत थी।

उन्होंने कहा, "मैंने बिगेलोवी को तैरते और उनकी संख्या बढ़ते हुए देखा। मैं बेहद खुश थी।"

अब जब उसके पास कल्चर था, तो वह आखिरकार इस जीव के बारे में कुछ बड़े सवालों के जवाब देने के लिए पर्याप्त कोशिकाएँ विकसित कर सकती थी। और हागिनो के मन में एक बड़ा सवाल सबसे ऊपर था। बिगेलोवी का कई वर्षों तक अध्ययन करने के दौरान, उसने कुछ अजीब देखा। इसमें शैवाल कोशिका के सभी सामान्य घटक थे। लेकिन फिर इसमें कुछ ऐसा भी था जिसे वह समझा नहीं सकती थी - कुछ ऐसा जो उसने किसी भी पाठ्यपुस्तक में कभी नहीं देखा था। यह शैवाल के केंद्र में एक काला बिंदु था।

हागिनो इस रहस्यमय बिंदु पर एक शोधपत्र प्रकाशित करने की तैयारी कर रही थीं, तभी उनकी नज़र अमेरिकी पत्रिका साइंस में प्रकाशित एक लेख पर पड़ी। इसमें एक ऐसे अदृश्य नाइट्रोजन-स्थिरीकरण जीवाणु की खोज का वर्णन था, जिसके बारे में लेखक का मानना ​​था कि वह संभवतः शैवाल की एक प्रजाति के अंदर रहता है। लेख के लेखक जॉन ज़ेहर थे, और वे ब्राआरूडोस्फेरा बिगेलोवी के बारे में बात कर रहे थे।

हागिनो ने बिगेलोवी के अंदर मिली उस विचित्र वस्तु के बारे में सोचा। सारी बातें मेल खा रही थीं। उसने बिगेलोवी पर एक आनुवंशिक परीक्षण किया, और परिणाम सकारात्मक आया: उसे नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले जीवाणु मिल गए थे जिनकी ज़ेहर ने इतने वर्षों तक खोज की थी।

उन्होंने कहा, "मैंने कभी सोचा भी नहीं था कि कोई बिगेलोवी पर शोध कर रहा होगा। यह जानकर मुझे बहुत हैरानी हुई कि मुझसे भी आगे निकल चुके हैं।"

जब हागिनो ने अपनी खोज ज़ेहर के साथ साझा करने के लिए संपर्क किया तो ज़ेहर भी आश्चर्यचकित रह गए - वही पहेली, जिस पर समुद्र पार से काम किया जा रहा था। उन्होंने कहा, "हममें से किसी को भी नहीं पता था कि ये दोनों चीजें आपस में जुड़ी हुई हैं!"

हागिनो और ज़ेहर दोनों ने अपना पूरा करियर एक वैज्ञानिक पहेली को सुलझाने में बिताया था, उन्हें इस बात का जरा भी अंदाजा नहीं था कि एक दूसरे के पास उस पहेली का अधूरा हिस्सा मौजूद है। अब जब उनके पास एक संस्कृति थी, तो उन्हें एक ऐसे रहस्य को सुलझाने का मौका मिला जो उनकी कल्पना से कहीं अधिक गहरा साबित हुआ।

साथ मिलकर, वे सहयोग का एक ऐसा स्तर प्रकट करेंगे जो जीव विज्ञान के एक मूलभूत नियम को फिर से लिख देगा।

प्रकृति सहजीवी संबंधों से भरी पड़ी है: दो जीव एक-दूसरे की मदद करते हैं। फिल्म 'फाइंडिंग नीमो' का क्लाउनफ़िश इसका एक अच्छा उदाहरण है - यह अपने समुद्री एनीमोन साथी की देखभाल करता है , बदले में उसे रहने के लिए एक सुरक्षित जगह मिलती है। लेकिन ये मददगार संबंध और भी घनिष्ठ हो सकते हैं। कुछ जीव दूसरे जीवों के अंदर रहते हैं, जैसे कि मूंगे , जो अपने अंदर रहने वाले ज़ूक्सैन्थेली शैवाल से भोजन प्राप्त करते हैं। और यहाँ तक कि कुछ कोशिकाएँ दूसरी कोशिकाओं के अंदर भी रहती हैं। एक निश्चित बिंदु पर, संबंध इतना घनिष्ठ हो जाता है कि हम यह भी नहीं बता पाते कि एक जीव कहाँ से शुरू होता है और दूसरा कहाँ से।

दो जीवों का आपस में जुड़ना—यानी अलग-अलग इकाइयों से एक ही जीव का हिस्सा बन जाना—काफी आश्चर्यजनक है, और पृथ्वी पर जीवन के इतिहास में ऐसा कुछ ही बार हुआ है। इसके दो प्रसिद्ध उदाहरण हैं माइटोकॉन्ड्रिया, जो पृथ्वी पर हर जटिल जीव में पाया जाने वाला कोशिका का ऊर्जा केंद्र है, और क्लोरोप्लास्ट, जो पौधों की कोशिकाओं का वह भाग है जो प्रकाश संश्लेषण द्वारा सूर्य के प्रकाश और कार्बन डाइऑक्साइड को भोजन में परिवर्तित करता है। ये दोनों उदाहरण स्वतंत्र कोशिकाओं के रूप में शुरू हुए थे, जो समय के साथ अपने साथी जीवों के इतने करीब आ गए कि वे ऑर्गेनेल बन गए: अन्य कोशिकाओं के भीतर छोटे अंग।

लेकिन बिगेलोवी और उसके आंतरिक बैक्टीरिया के बारे में क्या? इसमें कोई संदेह नहीं था कि दोनों के बीच घनिष्ठ संबंध था। ज़ेहर और हागिनो यह जानने के लिए उत्सुक थे कि वे दोनों एक साथ कैसे काम करते हैं। इसलिए उन्होंने मिलकर काम करना शुरू किया। उन्होंने प्रयोग के दौरान कैलिफोर्निया जाने की उम्मीद से जॉन की प्रयोगशाला में एक कल्चर भेजा।

जब कल्चर ज़ेहर के कार्यालय में पहुँचा, तो वे इतने उत्साहित थे कि उन्होंने उस पल को कैद करने के लिए एक तस्वीर खींच ली। उनकी टीम ने इस बात पर चर्चा की कि वे पहले कौन से प्रयोग करेंगे।

उन्होंने कहा, “हम प्रयोगशाला में बैठे और हमने तय किया कि हम सबसे पहले कौन से दस काम करेंगे, क्योंकि हमें नहीं पता था कि कल्चर कितने समय तक जीवित रहेगा। और तीन दिनों के भीतर ही कोविड लॉकडाउन शुरू हो गया।”

महामारी ने उनकी सारी योजनाओं में बाधा डाल दी। जापान ने बहुत सख्त यात्रा प्रतिबंध लगा दिए जो कई वर्षों तक लागू रहे। अपनी सारी मेहनत के बावजूद, हागिनो व्यक्तिगत रूप से ज़ेहर के साथ नहीं जा सकीं। लेकिन दोनों अभी भी जवाब जानने के लिए उत्सुक थीं, और उन्होंने फैसला किया कि ज़ेहर की प्रयोगशाला को परीक्षण जारी रखने चाहिए। हागिनो, जिन्हें ज़ेहर के साथ साझा किए गए अनुदान से धन प्राप्त था, दूर से ही यथासंभव सहायता करेंगी।

और जल्द ही, उन्हें ऐसे सुराग मिलने लगे जिनसे पता चला कि शैवाल और बैक्टीरिया का संबंध सहजीवन का एक सामान्य उदाहरण नहीं था। बिगेलोवी और बैक्टीरिया हमेशा एक ही समय में विभाजित होते थे। वे एक ही दर से बढ़ते थे, और उनका विकास माइटोकॉन्ड्रिया या क्लोरोप्लास्ट के समान होता था।

लेकिन सबसे ठोस सबूत ज़ेहर की प्रयोगशाला में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता टायलर कोएल से मिला। वह दोनों जीवों के अंदर मौजूद प्रोटीनों का अध्ययन कर रहे थे, तभी उन्होंने एक अजीब बात देखी: बैक्टीरिया ऐसे प्रोटीनों से भरे हुए थे जिन्हें बनाने के लिए उनमें जीन मौजूद नहीं थे। इसके बजाय, ये प्रोटीन बिगेलोवी में पाए जाने वाले अतिरिक्त जीनों से बन रहे थे। और इन अतिरिक्त जीनों के बिल्कुल सिरों पर, वही छोटा डीएनए अनुक्रम बार-बार दिखाई दे रहा था।

इस पैटर्न ने कोएल को एक पुराने रहस्य की याद दिला दी: नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया, जिन्होंने किसी तरह जीवित रहने के लिए आवश्यक प्रोटीन के कई जीन खो दिए थे। क्या बिगेलोवी उनकी जगह ये जीन प्रदान कर रहा था? यह पता लगाने के लिए, उन्होंने एक प्रयोग किया, जिसमें एक जीव के लुप्त जीनों को दूसरे जीव के अतिरिक्त जीनों के साथ मिलाया। मिलान आश्चर्यजनक था। बैक्टीरिया द्वारा खोए गए लगभग हर जीन के लिए, बिगेलोवी ने एक अतिरिक्त प्रति विकसित कर ली थी। और उन अतिरिक्त जीनों में से प्रत्येक के अंत में डीएनए का वही अनुक्रम जुड़ा हुआ था - बैक्टीरिया को प्रोटीन भेजने के लिए आणविक निर्देश।

यह खोज बहुत महत्वपूर्ण थी क्योंकि इस प्रकार की प्रणाली पहले केवल कुछ ही बार माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट में देखी गई थी, और अब, ज़ेहर और हागिनो द्वारा बिगेलोवी के भीतर खोजे गए उस छोटे से बिंदु में भी यह प्रणाली मौजूद थी। नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया अब बैक्टीरिया नहीं रह गए थे। वे बिगेलोवी का एक हिस्सा बन गए थे, एक स्वतंत्र सूक्ष्मजीव जो अंग में परिवर्तित हो गया था।

ज़ेहर और उनकी टीम ने इसे नाइट्रोप्लास्ट नाम देने का फैसला किया।

और इसका यह भी अर्थ था कि बिगेलोवी ने उस मूलभूत नियम को तोड़ दिया था कि केवल बैक्टीरिया जैसे सरल जीव ही हवा से नाइट्रोजन खींच सकते हैं। शैवाल जीवन वृक्ष के जटिल पक्ष में पहले ज्ञात जीव हैं जो हवा से नाइट्रोजन खींच सकते हैं।

हालांकि अभी शुरुआती दौर है, कोएल का कहना है कि इस खोज के कृषि जैसे उद्योगों पर बड़े प्रभाव पड़ सकते हैं। उन्होंने कहा, “इस जीव ने वह कर दिखाया है जो दशकों से जैव प्रौद्योगिकी नहीं कर पाई है, है ना? इसने इस कोशिका में यह क्षमता विकसित कर ली है। यह सोचना स्वाभाविक है कि इससे हमें कुछ सीखने को मिल सकता है।”

ज़ेहर, हालांकि सावधानीपूर्वक आशावादी हैं, लेकिन उनका मानना ​​है कि स्व-परागण करने वाले पौधे अभी वास्तविकता से बहुत दूर हैं। उन्होंने कहा, "सबसे बड़ी चुनौती यह है कि नाइट्रोप्लास्ट के बारे में हमारे ज्ञान से पौधे को विकसित करने तक का सफर वास्तव में कठिन है। लेकिन अगर आप एक कदम नहीं उठाएंगे, तो आप सौ कदम नहीं उठा पाएंगे।"

ज़ेहर और हागिनो यह देखने के लिए उत्साहित हैं कि उनका शोध उन्हें आगे कहाँ ले जाएगा। लेकिन उनके लिए, यह कभी भी दुनिया को बदलने के बारे में नहीं रहा है। उन्होंने अपना पूरा करियर इस पहेली के छोटे-छोटे टुकड़ों का अध्ययन करने में बिताया है, यह जाने बिना कि उन्हें क्या मिलेगा, लेकिन इस उम्मीद के साथ कि जो कुछ भी वे खोजेंगे, उससे उन्हें प्राकृतिक दुनिया के कामकाज के बारे में थोड़ा और सीखने को मिलेगा।

और इस मामले में अभी बहुत कुछ सीखना बाकी है।

"इस अनुभव से पता चला है कि हमें नहीं पता कि कौन सा शोध कब उपयोगी होगा," हागिनो ने कहा।

ज़ेहर ने कहा, "कुछ सबसे बड़ी और महत्वपूर्ण प्रगति उन चीजों से हो सकती है जिनकी आपने उम्मीद नहीं की थी। और यह भी वैसा ही एक मामला हो सकता है।"