मछलियों ने अपना हड्डीदार, पपड़ीदार कवच कैसे विकसित किया?

लगभग 350 मिलियन वर्ष पहले, आपके विकासवादी पूर्वज-और सभी आधुनिक कशेरुकियों के पूर्वज-सिर्फ नरम शरीर वाले समुद्र में रहने वाले जानवर थे। आज हम जो हैं उसमें जीवित रहने और विकसित होने के लिए, इन जानवरों को समुद्री शिकारियों पर कुछ सुरक्षा और लाभ की आवश्यकता थी, जिन पर तब क्रस्टेशियंस का प्रभुत्व था।

चमड़े के कवच का विकास, जैसे बख्तरबंद कैटफ़िश पर पाए जाने वाले तेज कांटे या हीरे के आकार के, हड्डी के तराजू जिन्हें तराजू कहा जाता है जो स्टर्जन को कवर करते हैं, एक सफल रणनीति थी। मछलियों की हज़ारों प्रजातियाँ विभिन्न शैलियों के त्वचीय ढालों का उपयोग करती हैं, जिनमें हड्डी और/या डेंटिन नामक पदार्थ शामिल होता है, जो आधुनिक मानव दांतों का एक महत्वपूर्ण घटक है। सुरक्षात्मक कोटिंग्स ने ऐसे कशेरुकियों को जीवित रहने और नए जानवरों और अंततः मनुष्यों में विकसित होने में मदद की।

लेकिन यह ढाल कहां से आई? हमारे प्राचीन पानी के नीचे के पूर्वजों ने इस सुरक्षात्मक कोट को विकसित करने के लिए कैसे विकास किया?

अब, स्टर्जन का उपयोग करते हुए, एक नए अध्ययन में पाया गया है कि स्टेम कोशिकाओं का एक विशिष्ट समूह, जिसे स्टंप न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाएं कहा जाता है, मछली में ओस्टियोसारकोमा के विकास के लिए जिम्मेदार हैं। यह काम जान स्टैंडेल द्वारा संचालित किया गया था, जो अब मैरिएन ब्रूनर, जीव विज्ञान के एडवर्ड बी. लुईस प्रोफेसर और कैलटेक में बेकमैन इंस्टीट्यूट के निदेशक की प्रयोगशाला में मैरी स्कोलोडोव्स्का-क्यूरी पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता हैं। शोध का वर्णन करने वाला एक पेपर जर्नल में छपता है राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही 17 जुलाई को.

ब्रूनर की प्रयोगशाला लंबे समय से तंत्रिका शिखा कोशिकाओं का अध्ययन करने में रुचि रखती रही है। ये कोशिकाएँ मछली, मुर्गी और हम सहित सभी कशेरुकियों में पाई जाती हैं, और वे इस आधार पर विशेषज्ञ होती हैं कि वे सिर (खोपड़ी) या रीढ़ की हड्डी (धड़) के क्षेत्रों से उत्पन्न होती हैं। कपाल और ट्रंक तंत्रिका शिखा दोनों कोशिकाएं विकासशील जानवर के शरीर में अपने शुरुआती बिंदुओं से स्थानांतरित होती हैं, जिससे उन कोशिकाओं का निर्माण होता है जो जबड़े, हृदय और अन्य महत्वपूर्ण संरचनाएं बनाती हैं।

कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के 2017 के एक अध्ययन से पता चला है कि तंत्रिका स्टेम कोशिकाएं छोटी स्केट्स नामक मछली की प्रजाति में हाथीदांत-आधारित त्वचा ढाल को जन्म देती हैं, स्टंडेल और उनके सहयोगियों ने अनुमान लगाया कि कोशिकाओं का एक ही सेट हड्डी को भी जन्म दे सकता है। – बड़े पैमाने पर कशेरुकियों पर आधारित कवच।

इसका अध्ययन करने के लिए, स्टंडल और टीम ने स्टर्जन, विशेष रूप से स्टेरलेट स्टर्जन (एसिपेंसर रूथेनस) की ओर रुख किया। आधुनिक स्टर्जन, जो दुनिया के सबसे महंगे कैवियार के उत्पादन के लिए जाना जाता है, में अभी भी लाखों साल पहले उनके पूर्वजों के समान कई विशेषताएं हैं। यह उन्हें विकासवादी अध्ययन के लिए प्रमुख उम्मीदवार बनाता है।

चेक गणराज्य में रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ फिश ब्रीडिंग एंड एक्वाटिक बायोलॉजी में संवर्धित स्टर्जन भ्रूण का उपयोग करते हुए, स्टंडल और उनकी टीम ने एक फ्लोरोसेंट डाई का उपयोग करके यह पता लगाया कि मछली के धड़ की तंत्रिका शिखा कोशिकाएं उसके विकासशील शरीर में कैसे स्थानांतरित होती हैं। स्टर्जन दो सप्ताह के बाद अपने अस्थि-पंजर विकसित करना शुरू कर देते हैं, इसलिए शोधकर्ताओं ने विकासशील मछली को एक अंधेरी प्रयोगशाला में रखा ताकि वे प्रकाश के साथ फ्लोरोसेंट डाई को परेशान न करें।

टीम को ठीक उन्हीं स्थानों पर फ्लोरोसेंटली लेबल वाली स्टेम न्यूरल क्रेस्ट कोशिकाएं मिलीं, जहां स्टर्जन के अस्थि-पंजर बन रहे थे। फिर उन्होंने ऑस्टियोब्लास्ट्स, एक प्रकार की कोशिका जो हड्डी बनाती है, को उजागर करने के लिए एक अलग तकनीक का उपयोग किया। विकासशील मछली के शल्कों में फ्लोरोसेंट कोशिकाओं में ओस्टियोब्लास्ट विभेदन से जुड़े जीन हस्ताक्षर पाए गए, जिससे इस बात के पुख्ता सबूत मिले कि तने में तंत्रिका शिखा कोशिकाएं वास्तव में ओस्टोजेनिक कोशिकाओं को जन्म देती हैं।

डेंटिन-आधारित ढाल के निर्माण में तंत्रिका शिखा कोशिकाओं की भूमिका पर 2017 के निष्कर्षों के साथ संयुक्त, कार्य से पता चलता है कि डेंड्राइटिक तंत्रिका शिखा कोशिकाएं वास्तव में एक्टोडर्मल-ऑसियस ढाल के उद्भव के लिए जिम्मेदार हैं जिसने कशेरुक मछली की विकासवादी सफलता को सक्षम किया है।

स्टुंडल कहते हैं, “गैर-मॉडल जीवों के साथ काम करना चुनौतीपूर्ण है; मानक प्रयोगशाला जीवों जैसे कि माउस या जेब्राफिश पर उपकरण या तो काम नहीं करते हैं या उन्हें अत्यधिक अनुकूलित करने की आवश्यकता होती है।” “इन चुनौतियों के बावजूद, स्टर्जन जैसे गैर-मॉडल जीवों की जानकारी हमें मौलिक विकासवादी जीवविज्ञान प्रश्नों का कठोर तरीके से उत्तर देने की अनुमति देती है।”

ब्रूनर कहते हैं, “जीवन के वृक्ष पर कई जानवरों का अध्ययन करके, हम घटित विकासवादी घटनाओं का अनुमान लगा सकते हैं।” “यह विशेष रूप से शक्तिशाली है यदि हम विकासवादी जीव विज्ञान के परिप्रेक्ष्य से विकासवादी प्रश्नों पर विचार कर सकते हैं, क्योंकि विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं को जन्म देने वाले कई परिवर्तन भ्रूण के विकास में छोटे संशोधनों के माध्यम से हुए हैं।”

पेपर का शीर्षक है “ट्रंक न्यूरल क्रेस्ट से प्राचीन कशेरुकी त्वचा शील्ड विकास”।