३५० कोटी वर्षांपासून पृथ्वीवर सजीवांच्या सुरू असलेल्या उत्क्रांतीमुळे आज प्रचंड जैववैविध्य पाहायला मिळत आहे. हा प्रवास सेंद्रिय रेणूंपासून एकपेशीय जीव ते बहुपेशीय जीव आणि शेवटी क्लिष्ट रचना असलेले प्रगत जीव (जसे पक्षी व सस्तन प्राणी) असा झाला. तरीही नवीन प्रजाती नेमक्या कशा विकसित होतात हे गूढ मात्र कायम आहे!
एनपीजे सिस्टम्स बायोलॉजी अँड ॲप्लिकेशन्स मध्ये प्रकाशित झालेल्या भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबईच्या (आयआयटी मुंबई) संशोधकांनी केलेल्या एका अभ्यासात, अविभागित भूप्रदेशातही नवीन प्रजाती कशा निर्माण होतात ह्याबद्दल काही नवीन माहिती समोर आली आहे. आतापर्यंत असा समज आहे की डोंगर किंवा जलाशय यासारखा भौगोलिक प्रतिबंध असल्याने विभागल्या गेलेल्या भूप्रदेशांमध्ये एखाद्या प्रजातीतील जीव पुरेश्या संख्येत एकमेकांपासून वेगळे होतात तेव्हा त्यांच्यापासून वेगळी प्रजाती निर्माण होऊ लागते. या प्रकारची प्रजाती निर्मिती भौगोलिक पृथक्करणामुळे होते. याला विषमस्थानिक प्रजाती-उद्भवन (ॲलोपॅट्रिक स्पिशिएशन) म्हणतात. परंतु आयआयटी मुंबईच्या या नवीन अभ्यासात असे दिसून येते की एकाच भौगोलिक परिस्थिती मध्ये देखील नवीन प्रजाती उत्पन्न होऊ शकतात, ज्याला समस्थानिक प्रजाती-उद्भवन म्हणतात (सिम्प्रॅट्रिक स्पिशिएशन).
“एकाच भौगोलिक प्रदेशात नवीन प्रजाती निर्माण होऊ शकतात याचा परिस्थितिकीय पुरावा आहे, पण तसे होऊ शकते हे प्रायोगिकरित्या सिद्ध झालेले नाही. कोणतेही प्रायोगिक प्रतिरूप प्रयोगशाळांमध्ये उपलब्ध नसल्याने समस्थानिक प्रजाती-उद्भवनाचा अभ्यास अवघड आहे. पर्यावरण आणि जनुकीय आराखडा समस्थानिक प्रजाती-उद्भवन होण्यास कसे कारणीभूत ठरतात हे आम्हाला समजून घ्यायचे होते. त्याचप्रमाणे जीवशास्त्रीय दृष्ट्या अधिक माहिती मिळेल असे प्रयोग आम्हाला मांडता यावेत ही प्रेरणा पण होती,” असे अभ्यासाचे प्रमुख संशोधक, प्रा. सुप्रीत सैनी यांनी सांगितले. आयआयटी मुंबईच्या रासायनिक अभियांत्रिकी विभागात ते प्राध्यापक आहेत आणि डीबीटी/वेलकम ट्रस्ट (इंडिया अलायन्स) चे आयआयटी मुंबई मधील फेलो देखील आहेत.
जनुक-आधारित प्रतिरूपाचा वापर करून एकाच भौगोलिक प्रदेशात राहणाऱ्या सजीवांमध्ये नवीन प्रजाती कोणत्या कारणांमुळे तयार होतात याचा अभ्यास संशोधकांनी केला. पक्ष्यांबद्दल अनुरूपणातून मिळालेल्या माहितीसाठ्याचा त्यांनी या सैद्धांतिक अभ्यासात वापर केला आणि समस्थानिक प्रजाती-उद्भवनासाठी अनुकूल असलेल्या या तीन मुख्य पैलूंचा प्रभाव बघितला - व्यत्ययी निवड (डिसरप्टिव्ह सिलेक्शन), लैंगिक निवड (सेक्शुअल सिलेक्शन), आणि जनुकीय आराखडा (जेनेटिक आर्किटेक्चर).
व्यत्ययी प्रजाती-उद्भवन
अभ्यासाच्या सहलेखिका पवित्रा वेंकटरामण आयआयटी मुंबई मध्ये पीएचडीच्या विद्यार्थिनी आहेत आणि पंतप्रधान संशोधन फेलोशिप योजनेअंतर्गत फेलो आहेत.
त्यांनी स्पष्टीकरण दिले, “समस्थानिक प्रजाती-उद्भवन होताना, सजीवांमध्ये ‘फूट’ पाडण्यासाठी भवताली असलेल्या संसाधनांचे असमान वितरण कारणीभूत ठरू शकते. भौगोलिक स्थितीचा इथे काही संबंध नसतो. ही असते परिस्थितीकीमुळे घडणारी व्यत्ययी निवड प्रक्रिया.”
म्हणजेच व्यत्ययी निवड प्रक्रियेमुळे अगदी वेगळीच तीव्र वैशिष्ट्ये असणारे जीव सौम्य किंवा मध्यम प्रकारची वैशिष्ट्ये असणाऱ्यांपेक्षा जास्त सक्षम असतात.
पवित्रा पुढे म्हणाल्या, “समस्थानिक प्रजाती-उद्भवन होण्यासाठी व्यत्ययी निवड आवश्यक आहे कारण ते पुढच्या पिढीला मिळू शकतील अशा फरकांसाठी अनुकूल असते, आणि शिवाय त्यामुळे दोन वेगळ्या समूहातील सदस्यांतील प्रजननामुळे उत्पन्न झालेली संतती जगू शकत नाही. ही दोन कारणे एकाच भौगोलिक परिसरात जैवविविधता टिकवण्यासाठी अत्यंत आवश्यक असतात.
या अभ्यासासाठी पक्ष्यांच्या चोचीचा आकार या शारीरिक गुणधर्मावर संशोधकांनी लक्ष केंद्रित केले. दोन भिन्न उपलब्ध अन्न पदार्थ खाता यावेत या दृष्टीने समूहातील पक्ष्यांना चोचीचा आकार अनुकूल करणे गरजेचे होते, उदाहणार्थ, अ (समजा, कठीण फळे किंवा बिया) आणि ब (फुलातील मधुरस). लहान चोची असलेल्या पक्ष्यांना अ प्रकारचे अन्न जास्त कार्यक्षमपणे खाता येईल तर लांब चोच असलेले पक्षी ब प्रकारचे अन्न जास्त कार्यक्षमपणे खाऊ शकतील.
लैंगिक निवड प्रक्रिया आणि भूमिका
लैंगिक निवड ही प्रजननासाठी जोडीदार मिळवण्याच्या पक्षी-प्राण्यांच्या स्पर्धेतील नैसर्गिक प्रक्रिया आहे. या प्रक्रियेमुळे संभाव्य जोडीदाराला आकृष्ट करण्यासाठी खास वैशिष्ट्ये विकसित होतात. जोडीदार निवडताना पक्ष्यांतील नराच्या खास वैशिष्ट्यांसाठी मादीचे असलेले प्राधान्य प्रजाती-उद्भवनामध्ये काय भूमिका असते याचा संशोधकांनी अभ्यास केला.
“समस्थानिक प्रजातीकरण होण्यामागे बऱ्याचदा लैंगिक निवड हे प्रमुख किंवा एकमात्र कारण असू शकते असा समज आहे. म्हणजे पक्षी समूहातील काही सदस्यांचा पिसांच्या ठराविक रंग यासारख्या विशिष्ट लक्षणांकडे ओढा असू शकतो, व ह्यामुळे वेगळे गट निर्मण होऊन प्रजाती-उद्भवन होऊ शकते. उदाहरणार्थ, पक्ष्यांच्या समूहात निळ्या पिसांचे आणि लाल पिसांचे असे दोन गट धरूया. जर निळ्या पक्ष्यांनी स्वतः सारखेच जोडीदार निवडले तर त्याच भौगोलिक प्रदेशात त्यांची विशिष्ट प्रजाती तयार होईल, कारण लाल पक्ष्यांचे जनुक निळ्या पक्ष्यांबरोबर कधीच मिसळणार नाहीत,” असे पवित्रा यांनी स्पष्टीकरण दिले.
याचा अर्थ असा की त्या प्रदेशात निळ्या आणि लाल रंगाचे दोन वेगळी ठळक वैशिष्ट्ये असणारे पक्षी निर्माण होतील.
“या सिद्धान्तातील त्रुटी ही आहे की पक्ष्यांमध्ये जोडीदार निवडीसाठी कुठल्याही प्रकारचा कल विकसित होण्यामागे सुदृढ संतती असण्याखेरीज कोणतेही इतर प्रयोजन दिसत नाही. नाहीतर निळे पक्षी निळ्यांचीच जोडीदार म्हणून निवड करून स्वतःचे संभाव्य जोडीदार का कमी करतील ते स्पष्ट नाही होत,” असा प्रश्न देखील पवित्रा यांनी उपस्थित केला.
आजूबाजूच्या संसाधनांचा उपयोग करून घेण्याच्या पक्ष्यांच्या क्षमतेचा संशोधकांनी त्यांच्या प्रतिरूपात समावेश केला. पक्ष्यांनी ठळक वैशिष्ट्यांच्या आधारे जोडीदाराची निवड करणे याचा प्रजाती निर्माण होण्यात विशेष हात नव्हता असे चक्क त्यांना दिसून आले. या उलट वातावरणातील घटकांचा जास्त चांगला उपयोग करण्यासाठी उपयुक्त वैशिष्ट्ये (या उदाहरणात चोचीचा आकार) असलेल्या पक्ष्यांना जोडीदार म्हणून पसंती मिळत होती. प्रजाती विकसित होण्यासाठी हे मुख्य प्रेरक होते. पक्ष्यांमध्ये केवळ ठराविक प्रकारची लैंगिक निवड झाल्यामुळे उत्पन्न होणारी संतती सुदृढ नसू शकते असे ही अभ्यासात मान्य केले गेले आहे.
जनुकीय आराखड्याची महत्वाची भूमिका
जनुकीय आराखडा, किंवा जनुकांचा वैशिष्ट्यांवर कसा प्रभाव असतो, यावर समस्थानिक प्रजाती-उद्भवनाची शक्यता अवलंबून असल्याचेही संशोधकांना दिसले. चोचीचा आकार बदलण्यासाठी लागणारे जनुकीय बदल जर असलेल्या जनुकीय आराखड्यात शक्य होत असतील तर व्यत्ययी निवडीचा प्रभाव सौम्य असताना देखील नवीन प्रजाती निर्माण होऊ शकते.
“दोन्ही गटातील पक्ष्यांचा जोडीदार निवडताना कुठल्याच गटाकडे खास कल नसतो आणि यामध्ये कालपरत्वे बदल होत नाही असे आम्ही आमच्या प्रतिरूपात गृहीत धरलेले आहे. नैसर्गिक परिस्थितींमध्ये हे खरे असेलच असे नाही, कारण चोचीच्या आकारानुसार पक्ष्यांची पसंती कालपरत्वे बदलू शकते. शिवाय दोन्ही गटातील पक्ष्यांमध्ये आपले असे विशिष्ट गुणधर्म विकसित होऊ शकतात ज्यामुळे ते इतर गटापेक्षा वेगळे ठरतात,” अभ्यासातील काही त्रुटींबद्दल प्रा. सैनी यांनी मत व्यक्त केले.
असे असले तरी, समस्थानिक प्रजाती-उद्भवन होण्यामागची कारणे आणि पद्धती समजून घेण्याच्या दृष्टीने ह्या अभ्यासाचे योगदान मोलाचे आहे. भौगोलिक विभाजन निर्माण झाल्यावरच नवीन प्रजाती विकसित होतात या प्रस्थापित विचारधारेला हा अभ्यास शह देतो. जनुकीय आराखडा आणि पर्यावरणाला साजेशा गुणधर्मांना पसंती असणे नवीन प्रजाती विकसित होण्यासाठी महत्वाचे घटक आहेत असे या अभ्यासातून अधोरेखित झाले आहे.
यापुढील अभ्यासाची दिशा स्पष्ट करताना प्रा. सैनी म्हणाले, “सैद्धांतिक माहितीतून धडे घेऊन त्याप्रमाणे एकाच भौगोलिक प्रदेशातील पक्ष्यांच्या प्रजननात कशी भिन्नता येते ते समजून घेण्यासाठी प्रयोगांची रचना करणे यावर आमच्या संशोधनाचा भर आहे. यासाठी आम्ही यीस्टचा वापर करून प्रायोगिक प्रतिरूप उभे करत आहोत. याचा उपयोग करून समस्थानिक प्रजाती-उद्भवनाचा अभ्यास पुढे करायचा आहे.”
पृथ्वीवरील अफाट जैवविविधता आणि तिचा विकास करणारे घटक जास्त चांगल्या प्रकारे समजण्यासाठी प्रजातींच्या निर्मितीचे कोडे वैज्ञानिक सोडवू पाहत आहेत. व्यत्ययी निवड प्रक्रियेचा नवीन प्रजातींचा विकास होण्यावर जरी सौम्य प्रभाव असला तरी समस्थानिक प्रजाती-उद्भवन कसे होते हे संशोधकांनी इथे दाखवून दिले आहे. याचा उपयोग जैवविविधतेवरील भविष्यातील प्रायोगिक अभ्यासासाठी होऊ शकेल. या अभ्यासामुळे नवीन संशोधनांचा मार्ग प्रशस्त होईल आणि वैज्ञानिकांना जैवविविधता कशी उत्पन्न होते त्याबद्दल आणखी समजून घेता येईल. हवामान बदलाच्या संकटाला सामोरे जाताना त्याचा जैवविविधतेवर होणारा एकंदर परिणाम पण जास्त चांगल्या प्रकारे समजून घेता येईल.