विकास प्रयोगशाला
विकास प्रयोगशाला
विकास सिर्फ़ बहुत पहले घटी कोई चीज़ नहीं है। यह अभी हो रहा है: अस्पतालों में, जंगलों में, और जन्म लेने वाले हर बच्चे में। छह प्रयोग ख़ुद कीजिए, फिर देखिए कि वैज्ञानिकों के असली प्रयोगों में क्या हुआ।
1 · बैक्टीरिया बनाम एंटीबायोटिक
बैक्टीरिया बनाम एंटीबायोटिक
बैक्टीरिया एक प्लेट के दोनों किनारों से भीतर की ओर फैलते हैं। केंद्र की ओर हर पट्टी में पिछली से दस गुना ज़्यादा एंटीबायोटिक है। बैक्टीरिया उस पट्टी में नहीं बढ़ सकता जिसके प्रति वह प्रतिरोधी नहीं। पर हर विभाजन पर उत्परिवर्तन का एक छोटा मौक़ा होता है, और कुछ उत्परिवर्तन उसकी संतान को थोड़ा ज़्यादा प्रतिरोधी बना देते हैं।
- पीढ़ियाँ
- 0
- सबसे ऊँची पहुँची पट्टी
- दवा नहीं
- प्रतिरोध के स्तर
प्ले दबाइए। हर रंग प्रतिरोध का एक स्तर है। देखिए कि मोर्चा कहाँ अटकता है, और कहाँ एक अकेला उत्परिवर्ती रास्ता तोड़ता है।
असली प्रयोग
2016 में हार्वर्ड की एक टीम ने 120 × 60 सेंटीमीटर की एक विशाल प्लेट बनाई, जिसमें एंटीबायोटिक ट्राइमेथोप्रिम की पट्टियाँ केंद्र की ओर दस-दस गुना बढ़ती थीं, उस ख़ुराक के 1,000 गुना तक जो आम तौर पर ई. कोलाई को रोक देती है। किनारों पर छोड़े गए बैक्टीरिया दो हफ़्तों से कम में विकसित होकर केंद्रीय पट्टी तक पहुँच गए, और एक कैमरे ने हर क़दम फ़िल्माया। एक आश्चर्य: सबसे प्रतिरोधी उत्परिवर्ती हमेशा नहीं जीते। कभी-कभी वे धीमे बढ़ने वाले, कम प्रतिरोधी पड़ोसियों के पीछे फँस गए।
यह क्यों मायने रखता है: एंटीबायोटिक का अति-उपयोग यही प्रयोग पूरी दुनिया के पैमाने पर करता है। हर उपयोग उन बैक्टीरिया का पक्ष लेता है जो उससे बच निकलते हैं।
सबसे लंबा विकास-प्रयोग
24 फ़रवरी 1988 को रिचर्ड लेंस्की ने ई. कोलाई के 12 एक जैसे फ़्लास्क शुरू किए। हर दिन हर कल्चर का थोड़ा हिस्सा ताज़े भोजन में डाला जाता है, जिससे रोज़ लगभग 6.6 पीढ़ियाँ बनती हैं। अगस्त 2024 में आबादियाँ 80,000 पीढ़ियाँ पार कर गईं, यानी हमारी प्रजाति की अब तक की पीढ़ियों से छह गुना से भी ज़्यादा। लगभग 31,000वीं पीढ़ी के आसपास एक आबादी में कुछ नया विकसित हुआ: साइट्रेट खाने की क्षमता, जिसका उपयोग ई. कोलाई आम तौर पर ऑक्सीजन की मौजूदगी में नहीं कर पाता।
इतनी तेज़ी क्यों? अच्छी परिस्थितियों में ई. कोलाई लगभग हर 20 मिनट में विभाजित हो सकता है।
शोध:Baym et al. 2016, Science ↗Blount et al. 2008, PNAS ↗Good et al. 2017, Nature ↗E. coli long-term evolution experiment ↗प्रतिजैविक प्रतिरोध ↗
2 · पक्षी बनिए
पक्षी बनिए
पेपर्ड मॉथ दिन में पेड़ों की छाल पर आराम करते हैं। ज़्यादातर हल्के और चित्तीदार होते हैं; कुछ में ऐसा उत्परिवर्तन होता है जो उन्हें काला बना देता है। आप एक भूखे पक्षी हैं: जो पतंगे दिखें उन पर क्लिक कीजिए। बचे हुए अंडे देते हैं, और उनके बच्चे माता-पिता जैसे दिखते हैं।
असली प्रयोग
यह सच में हुआ था। काले पेपर्ड मॉथ पहली बार 1848 में मैनचेस्टर में दर्ज किए गए। जैसे-जैसे कोयले की कालिख ने पेड़ों को काला किया, वे तेज़ी से फैले, और 1895 तक मैनचेस्टर के आसपास के लगभग 98% पतंगे काले थे। 1950 के दशक के स्वच्छ-वायु क़ानूनों के बाद छाल फिर हल्की हुई और काले पतंगे दुर्लभ हो गए। 2016 में आनुवंशिकीविदों ने ख़ुद उत्परिवर्तन ढूँढ़ निकाला: “कूदने वाले डीएनए” का एक टुकड़ा जो कॉर्टेक्स नामक जीन में जा बैठा था, सबसे संभवतः 1819 के आसपास।
पर क्या सच में यह पक्षियों का काम था?
सवाल सुलझाने के लिए जीव-विज्ञानी माइकल मेजरस ने छह वर्षों में 4,864 पतंगे छोड़े और देखा कि पक्षी किन्हें खाते हैं। आज की साफ़ छाल पर पक्षियों ने गहरे पतंगे ज़्यादा पकड़े, इतने कि काले पतंगों के ग़ायब होने की वजह समझ आ जाए।
शोध:van't Hof et al. 2016, Nature ↗Cook et al. 2012, Biology Letters ↗Peppered moth evolution ↗प्राकृतिक वरण ↗
3 · जीन मिक्सर
जीन मिक्सर
हर बच्चे को अपने आधे जीन माता से और आधे पिता से मिलते हैं, पर कौन-सा आधा, यह संयोग तय करता है। दो काल्पनिक जीवों से मिलिए, दोनों में पाँच जीनों की दो-दो प्रतियाँ हैं। बड़ा अक्षर प्रभावी है: गुण दिखने के लिए एक प्रति काफ़ी है। माता-पिता के जीन बदलने के लिए किसी अक्षर पर क्लिक कीजिए।
जनक A
जनक B
संतान
आप लगभग 70 लाख करोड़ संभावित मेलों में से एक हैं
आपके माता-पिता दोनों के पास गुणसूत्रों के 23 जोड़े थे, और उन्होंने हर जोड़े से एक गुणसूत्र संयोग से चुनकर आपको दिया। इससे हर जनक से 2²³ = 8,388,608 संभावित मेल बनते हैं, और एक जोड़े के लिए लगभग 70 लाख करोड़, वह भी गुणसूत्रों के आपस में टुकड़े अदला-बदली करने (क्रॉसिंग ओवर) से पहले, जो इस संख्या को कई गुना और बढ़ा देता है। ऊपर से, हर बच्चा लगभग 70 बिल्कुल नए उत्परिवर्तनों के साथ जन्म लेता है जो माता-पिता दोनों में से किसी में नहीं थे।
ग्रेगर मेंडल ने 1860 के दशक में एक मठ के बग़ीचे में मटर के लगभग 28,000 पौधे उगाकर और उनका संकरण करके ये नियम खोजे। 1900 तक, यानी उनकी मृत्यु के सोलह साल बाद तक, किसी ने उनके काम का महत्व नहीं समझा।
शोध:Jónsson et al. 2017, Nature ↗मेंडेलियन वंशानुक्रम ↗Chromosomal crossover ↗ग्रेगर जॉन मेंडल ↗
4 · डार्विन की फ़िंच
डार्विन की फ़िंच: मौसम आपके हाथ में
गैलापागोस के एक छोटे-से द्वीप डैफ़्नी मेजर पर पीटर और रोज़मेरी ग्रांट ने दशकों तक लगभग हर फ़िंच को पकड़ा, नापा और उस पर नज़र रखी। यहाँ हर साल का मौसम आप तय करते हैं। मौसम तय करता है कि कौन-से बीज बचेंगे, और बीज तय करते हैं कि कौन-सी चोंचें बचेंगी।
सरलीकृत मॉडल: बचना इस पर निर्भर है कि चोंच उस साल बचे बीजों के लिए कितनी उपयुक्त है, और चोंच की गहराई 0.75 वंशागतित्व से विरासत में मिलती है, जो ग्रांट दंपति के मापे मान के क़रीब है। फिर-से-चलाना मुख्य वर्षों के असली क्रम का पालन करता है, पर संख्याएँ सिम्युलेटेड हैं।
असली प्रयोग
1977 में डैफ़्नी मेजर पर केवल लगभग 24 मिलीमीटर बारिश हुई। छोटे, नरम बीज ख़त्म हो गए, और द्वीप की ज़्यादातर मीडियम ग्राउंड फ़िंच मर गईं। बचने वाले ज़्यादातर गहरी चोंच वाले बड़े पक्षी थे, जो गोखरू के बड़े, सख़्त बीज तोड़ सकते थे। उनकी संतानों की चोंचें सूखे से पहले की आबादी से लगभग 4% गहरी थीं: एक ही पीढ़ी में, कैलिपर से नापा गया विकास।
फिर विकास ने दिशा बदल दी
1982–83 की अल नीनो बारिश ने द्वीप को छोटे बीजों से भर दिया, और अगले वर्षों में छोटी चोंचें बेहतर रहीं। 1982 में कुछ बड़ी ग्राउंड फ़िंच द्वीप पर बस गई थीं। 2004 के सूखे में उन्होंने बड़े बीजों पर कब्ज़ा कर लिया, और मीडियम ग्राउंड फ़िंच की चोंचें छोटी हो गईं: ग्रांट दंपति के 33 वर्षों में दर्ज सबसे तेज़ विकासवादी बदलाव। 2016 में आनुवंशिकीविदों ने इस बदलाव को HMGA2 नामक एक जीन-क्षेत्र से जोड़ा। 30 वर्षों बाद ग्रांट दंपति की सीख: अल्पकाल में विकास का अनुमान लगाया जा सकता है, दीर्घकाल में नहीं, क्योंकि मौसम का नहीं लगाया जा सकता।
शोध:Boag & Grant 1981, Science ↗Grant & Grant 2002, Science ↗Grant & Grant 2006, Science ↗Lamichhaney et al. 2016, Science ↗Darwin's finches ↗
5 · लोमड़ी पालतू बनाइए
एक पालतू लोमड़ी पैदा कीजिए
1959 में सोवियत आनुवंशिकीविद् दिमित्री बेल्याएव ने साइबेरिया में एक प्रयोग शुरू किया। फ़र-फ़ार्म की सिल्वर लोमड़ियों में से केवल सबसे शांत और दोस्ताना को ही बच्चे पैदा करने दिए गए। अब प्रजनक आप हैं: हर नई पीढ़ी के माता-पिता चुनिए, और देखिए कि रास्ते में और क्या बदलता है।
सरलीकृत मॉडल: पालतूपन कई जीनों और संयोग पर निर्भर करता है। सफ़ेद धब्बे, लटके कान और घुँघराली पूँछ कभी-कभार दिखती हैं, और पालतू लोमड़ियों में थोड़ा ज़्यादा, जैसा प्रयोग में देखा गया; ऐसा क्यों होता है, इस पर अब भी बहस है।
असली प्रयोग
असली प्रयोग में हर पीढ़ी के 10% से कम जानवर माता-पिता बने। चौथी पीढ़ी में पहले शावकों ने लोगों को देखकर पूँछ हिलाई। “एलीट”, यानी वे लोमड़ियाँ जो कुत्तों की तरह इंसानों को ढूँढ़ती, कूँ-कूँ करतीं और चाटती हैं, पीढ़ी 6 में शावकों का 1.8%, पीढ़ी 10 में 18%, पीढ़ी 20 में 35% और पीढ़ी 30 में 49% थीं। 2005–2006 तक लगभग पूरी आबादी एलीट थी, और उनके तनाव-हार्मोन का स्तर सामान्य फ़ार्म लोमड़ियों के एक-तिहाई या उससे भी कम हो गया था।
लटके कान जिन्हें किसी ने नहीं चुना
केवल व्यवहार चुना गया था, फिर भी 8–10 पीढ़ियों बाद सफ़ेद “तारा” धब्बे दिखने लगे, और कुछ लोमड़ियों के कान लटक गए और पूँछ घुँघराली हो गई, जो कई पालतू जानवरों की पहचान है। बेल्याएव मानते थे कि केवल पालतूपन के लिए चुनाव विकास के दौरान जीनों के चालू होने का तरीक़ा बदल देता है। यह विचार अब बहस में है: 2020 में शोधकर्ताओं ने उनकी लोमड़ियों का मूल पूर्वी कनाडा के फ़र-फ़ार्मों तक खोजा, जहाँ उन्हें दशकों से पाला जा रहा था, और तर्क दिया कि प्रयोग के निष्कर्ष बढ़ा-चढ़ाकर बताए गए। 2018 में लोमड़ी के जीनोम ने पालतू और आक्रामक व्यवहार से जुड़े क्षेत्र दिखाए।
शोध:Trut et al. 2009, BioEssays ↗Kukekova et al. 2018, Nature Ecology & Evolution ↗Lord et al. 2020, Trends in Ecology & Evolution ↗Domesticated silver fox ↗
6 · आपकी अपनी दुनिया
अपनी दुनिया बनाइए
यहाँ छोटे काल्पनिक जीव रहते हैं। वे खाते हैं, भागते हैं, बूढ़े होते हैं और संतान पैदा करते हैं। हर एक के पास चार जीन हैं, शरीर के आकार, गति, रंग और फ़र के लिए, और वह उन्हें छोटे-छोटे संयोगी बदलावों के साथ आगे देता है। उन्हें कोई डिज़ाइन नहीं करता। उनकी दुनिया बदलिए, और देखिए कि प्राकृतिक चयन उन्हें कैसे नया रूप देता है।
यह आज़माइए
- ज़मीन हल्की रेत कर दीजिए और बहुत से शिकारी जोड़िए। कुछ देर रुकिए, फिर गहरे लावे पर बदल दीजिए। जीवों के रंग का क्या होता है?
- हिमयुग शुरू कीजिए। कौन बचता है, घने फ़र वाले या पतले फ़र वाले? फिर रेगिस्तानी गर्मी पर बदलिए।
- भोजन भरपूर से कम कर दीजिए और आबादी का ग्राफ़ देखिए। यह दुनिया कितने जीवों का पेट भर सकती है?
- “फिर से शुरू करें” दबाइए और बस देखिए। शुरुआती जीव मध्यम आकार और मध्यम गति के हैं। ये अपने-आप कहाँ टिकते हैं, और क्यों?
यह एक सिम्युलेशन है, असली पारिस्थितिकी तंत्र नहीं, पर यह जीवन के वही तीन नियम मानता है: विविधता, वंशानुक्रम, और असमान जीवित रहना और प्रजनन।
हर जीन की एक क़ीमत है
बड़े शरीर को शिकारी के लिए दबोचना मुश्किल है, पर उसे ज़्यादा भोजन चाहिए। गति भागने और भोजन ढूँढ़ने में मदद करती है, पर ऊर्जा जलाती है। फ़र ठंड से बचाता है, पर रेगिस्तान में ज़्यादा गर्म कर देता है। छलावरण सही ज़मीन पर ही काम करता है। चयन कभी कोई संपूर्ण जीव नहीं ढूँढ़ता; वह ऐसा समझौता ढूँढ़ता है जो दुनिया के मौजूदा रूप से मेल खाए। दुनिया बदलिए, और समझौता बदल जाता है।
यहाँ कुछ भी विकसित होने के लिए प्रोग्राम नहीं किया गया
कोड में “गहरे हो जाओ” या “फ़र उगाओ” जैसा कोई निर्देश नहीं है। वह केवल यह बताता है कि जीव कैसे चलते हैं, खाते हैं, अपने शरीर की क़ीमत चुकाते हैं, पकड़े जाते हैं और प्रजनन करते हैं, नक़ल की छोटी-छोटी ग़लतियों के साथ। ग्राफ़ का हर रुझान केवल इसी से उभरता है, और यही ठीक डार्विन की बात थी।
और जानें:प्राकृतिक वरण ↗छद्मावरण ↗