प्रोकैरियोट्स या "बहु-प्रजाति मूल" के विकासवादी तंत्र पर दिलचस्प परिणाम

विभिन्न जीवों के रिश्तेदारी और उनके विकासवादी निकटता को निर्धारित करने के लिए Phylogenetic taxonomy कोशिश कर रहा है। यदि बहुत पहले ऐसा नहीं किया गया था, तो जीवों के बाहरी लक्षणों (आकारिकी, अधिक सटीक) द्वारा आंका गया था, अब वे इन जीवों के जीनोम की तुलना करके स्पष्ट रूप से निर्णय पर पारित हो गए हैं।

लेकिन शरीर के डीएनए में कई न्यूक्लियोटाइड होते हैं और जीवों की समानता को निर्धारित करने के लिए उन सभी को ध्यान में रखना बहुत मुश्किल है। इसके अलावा, डीएनए लगातार विकसित हो रहा है। इसलिए, जीवविज्ञानी राइबोसोमल राइबोन्यूक्लिक एसिड (आरआरएनए) पर भरोसा करना शुरू कर दिया, क्योंकि ये अणु सभी सेलुलर जीवन रूपों में पाए गए थे, उनके कार्य शरीर के लिए सबसे महत्वपूर्ण अनुवाद प्रक्रिया से जुड़े हैं, समग्र रूप में प्राथमिक संरचना उच्च रूढ़िवाद की विशेषता है।

यह माना जाता है कि rRNA की एक विशेषता यह है कि यह चयन के दायरे से बाहर है, इसलिए, ये अणु सहज गति के परिणामस्वरूप विकसित होते हैं जो एक स्थिर दर पर होते हैं, और इस तरह के म्यूटेशन का संचय केवल समय पर निर्भर करता है। इस प्रकार, जीवों के बीच विकास की दूरी की माप, तुलनात्मक rRNAs के अणुओं में न्यूक्लियोटाइड प्रतिस्थापन की संख्या है।

यह ज्ञात है कि प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स के राइबोसोम में 3 प्रकार के आरआरएनए मौजूद हैं। बड़े अणुओं की सूचना क्षमता बड़ी होती है, लेकिन विश्लेषण करना अधिक कठिन होता है। इसलिए, सबसे सुविधाजनक मध्यम आकार के आरआरएनए अणुओं का विश्लेषण था: 16 एस (~ 1600 न्यूक्लियोटाइड्स)। सिस्टमैटिक्स तुलनात्मक जीवों के समानता गुणांक की गणना पर आधारित है। यह rRNA विश्लेषण के आधार पर है कि आधुनिक सिस्टमैटिक्स बैक्टीरिया, आर्किया और यूकेरियोट्स के तीन डोमेन को अलग करता है, और बर्गी के 10 वें संस्करण के सिस्टमैटिक्स, बैक्टीरिया और आर्किया भी इस पर आधारित हैं।

यहाँ इस क्षेत्र की वर्तमान स्थिति है। यदि आप एक वैकल्पिक, व्यवस्थित करना चाहते हैं तो मैंने थोड़ा अलग आधार बनाने का प्रयास किया। क्यों? RRNA का रूढ़िवाद फिर भी काफी बड़ा नहीं है, केवल इसके कुछ हिस्से रूढ़िवादी हैं। और rRNA में काफी परिवर्तनशील भाग होने के कारण, हमें ऐसी धारणाएँ और धारणाएँ बनानी होंगी जहाँ उत्परिवर्तन के दौरान अलग-अलग अंशों के विखंडन और सम्मिलन होते थे। एक तथाकथित संरेखण अब एक बहुत बड़ी त्रुटि के साथ किया जाता है।

नतीजतन, मैं इस निष्कर्ष पर पहुंचा कि जीनोमिक अनुक्रमों की तुलना करते समय, ऐसे क्षेत्रों की तुलना करना आवश्यक है, जो बिल्कुल भी उत्परिवर्तित नहीं थे, और जो विभिन्न जीवों में बिल्कुल समान हैं।

हम देखते हैं कि यह क्या आया।



क्या डीएनए के टुकड़े हैं जो लंबे समय तक उत्परिवर्तित नहीं करते हैं?

लेकिन क्या कोई ऐसी साइटें हैं जो उत्परिवर्तनों से बिल्कुल भी नहीं गुज़री हैं, और विभिन्न जीवों में बिल्कुल समान हैं? यह पता चला है कि वहाँ है। एक ही जीन या परिवार को सौंपी गई कई प्रजातियों के लिए बहुत सारे प्रोटीन (उनका डीएनए कोड) बिल्कुल समान हैं। लेकिन ट्रांसपोर्ट आरएनए (टीआरएनए) और भी अधिक रूढ़िवादी हैं। जीवाणु गुणसूत्र में, एक नियम के रूप में, सभी 20 प्रकार के टीआरएनए मौजूद हैं, जिनमें से प्रत्येक प्रोटीन संश्लेषण की साइट पर एक विशिष्ट अमीनो एसिड के परिवहन के लिए जिम्मेदार है। और उनके आधार पर न केवल व्यक्तिगत परिवारों, बल्कि संपूर्ण वर्गों और यहां तक ​​कि प्रकारों के विकासवादी संबंधों का पता लगाना संभव है।

इस अध्ययन में, मैंने केवल एक tRNA पर भरोसा किया जो alanine (Ala tRNA) को स्थानांतरित करता है। इसलिए, विकासवादी संबंध के बारे में निष्कर्ष अंतिम परिणाम का दावा नहीं करते हैं। ऐसा करने के लिए, अन्य tRNA के परिणामों की तुलना करें। फिर भी, किए गए अध्ययन से हमें कुछ निश्चित जीवाणुओं की निकटता पर कई प्रावधानों को रेखांकित करने की अनुमति मिलती है। फिर यह दिखाया जाएगा कि एक फाइटोलैनेटिक पेड़ के संदर्भ में करीब विकासवादी कनेक्शन पर चर्चा नहीं की जा सकती है। यह इस तथ्य के कारण है कि बैक्टीरिया में क्षैतिज स्थानांतरण और संयुग्मन होता है, और अन्य दृष्टिकोणों की आवश्यकता होती है।

जीनोम विश्लेषण

ध्यान जीनस यर्सिनिया (प्लेग वैंड) पर होगा, लेकिन अध्ययन के परिणामस्वरूप, अन्य जैसे कि शीवनेला, स्यूडोमोनास, विब्रियो, एरिथ्रोबैक्टीरिया, स्यूडोलेटरोमोनस, फोटोबैक्टीरियम और कई अन्य (कुल 109 लोकी) पर विचार किया गया।

बैक्टीरिया में tRNA, एक नियम के रूप में, 76 न्यूक्लियोटाइड की निरंतर लंबाई होती है, जबकि एंटीकोडन 34.35.36 स्थान पर स्थित है। डीएनए में एलनिन को चार कोडन द्वारा कूटबद्ध किया जाता है: जीसीटी, जीसीसी, जीसीए, जीसीजी। इसलिए, एंटिकोडन एजीसी, जीजीसी, टीजीसी, सीजीसी के साथ, अला टीआरएनए के 4 प्रकार संभावित रूप से संभव हैं।

लेकिन जीनोम में विचाराधीन बैक्टीरिया के विशाल बहुमत में केवल 2 प्रजातियां हैं अला tRNA_GCA और Ala tRNA_GCC। बेशक, अपवाद हैं।

विश्लेषण के लिए, हमने अनुक्रमित डीएनए जीनोम का उपयोग किया जो NCBI डेटाबेस में उपलब्ध हैं। सभी समान गैर-उत्परिवर्तित tRNAs को एक विशिष्ट पहचानकर्ता (Id) के साथ लेबल किया गया था। विश्लेषण के लिए लिखे गए कंप्यूटर प्रोग्राम की मदद से, मैन्युअल सत्यापन के साथ एक अर्ध-स्वचालित मोड में, विभिन्न प्रकार के अला tRNA की एक सूची संकलित की गई थी, और एक विशेष अनुक्रमित स्थान में उनका स्थान।

परिणाम

जीनस यर्सिनिया (9 पीसी।) के सभी जांच किए गए उपभेदों में एक ही Ala tRNA_GCA है जो Id = 00046 के साथ है और Ala tRNA_GCC Id = 00043 के साथ जीनोम में है। इस तथ्य के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि वास्तव में इन उपभेदों का एक मजबूत विकासवादी संबंध है, और इसलिए ये सभी जीनस यर्सिनिया से संबंधित हैं।

अब जीनस यर्सिनिया एंटरोबैक्टीरियासी परिवार से है। लेकिन किए गए विश्लेषण के आधार पर, अला टीआरएनए समानता के ढांचे के भीतर, यह संबंध अनुचित है ।

यदि आप एशेरिचिया, साल्मोनेला, शिगेला, सिट्रोबैक्टर, क्रोनोबैक्टर, क्लेबसिएला, पेक्टोबैक्टीरियम जैसे एंटरोबैक्टीरियासी परिवार के क्लासिक प्रतिनिधियों को देखते हैं, तो वे सभी पूरी तरह से अलग-अलग एएलए tRNAs हैं। अर्थात्, उनके पास Id = 00011 के साथ Ala tRNA_GCA और Id = 00012 के साथ Ala tRNA_GCC है। इस आधार पर, हम एंटरोबैक्टीरियासी परिवार के सूचीबद्ध उदार को शास्त्रीय प्रतिनिधि मान सकते हैं।

और केवल जीनस Photorhabdus के साथ, उसी पंक्ति Ala tRNA_GCA के साथ Id = 00046 के साथ, Yersinia का कनेक्शन है। इसलिए, जीनस यर्सिनिया में विभिन्न परिवारों से लक्षण हैं । हम ऐसे जीनस को विभिन्न परिवारों के बीच एक संक्रमणकालीन जीनस कहेंगे।

इसलिए, अगर येरसिनिया जीन एंटर-बैक्टेरियाबैसी परिवार के साथ केवल गैर-उत्परिवर्तित आल्हा tRNA_GCA के एक विन्यास के साथ Id = 00046 (और आंशिक रूप से) के साथ जुड़ा हुआ है, तो यह सवाल उठता है कि येरसिनिया जीनस का कौन सा परिवार गैर-उत्परिवर्तित आल्हा tRNA_GCC के दूसरे विन्यास से 10 से 000 के बीच जुड़ा हुआ है?

यह पता चला है कि इस रेखा के साथ सबसे सीधा संबंध जीनस शेवेनेला (परिवार: शेवनैलसीए, ऑर्डर: अल्टरोमोनाडेल्स, क्लास: गामा-प्रोटिओबैक्टेरिया) है। इसी समय, Ala tRNA_GCC लाइन उन्हें Id = 00043 से जोड़ती है, जो विकासवादी दृष्टि से महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह जेनेरा स्यूडोमोनास और विब्रियो में भी मौजूद है। ये सभी संबंध आधुनिक वर्गीकरण से निम्न की तरह हैं, जहां ये उदारता केवल वर्ग स्तर पर एकजुट हैं।

बदले में, जीनस शेवनेला के कुछ प्रतिनिधियों के पास Id = 00047 और Ala tRNA_GCC के साथ Id = 00043 के समान Ala tRNA_GCA है। पहले से ही पता चला है कि यर्सिनिया और शेवेनेला का एक लाइन (Id = 00043) पर एक कनेक्शन है, यह दिलचस्प है कि जीनस Shewanella एक और लाइन (Id = 00047) पर किससे जुड़ा है। यह पता चला है कि यह रेखा विकासवादी दृष्टि से भी काफी महत्वपूर्ण है। यह आगे और Ala tRNA_GCA के साथ Id = 00047 के साथ शाखाएं उत्पन्न करता है, जिसमें जेन विब्रियो, थायोमिक्रोस्पिरा, सैकप्रोपेगस के प्रतिनिधि भी होते हैं।

हम इन कनेक्शनों को आगे भी देख सकते हैं (आंकड़ा देखें)। लेकिन अब यह स्पष्ट है कि इन विकासवादी संबंधों को व्यवस्थित करने के लिए, उनके विवरण के दृष्टिकोण को थोड़ा बदलना आवश्यक है।



उच्च संकल्प में

निष्कर्ष

यह एक बार फिर से जोर दिया जाना चाहिए कि इस काम में किए गए सभी निष्कर्ष केवल tRNA अला के विश्लेषण पर आधारित हैं, और निश्चित रूप से, परिणामों की मान्यता के लिए, अन्य प्रकार के tRNA के सत्यापन की आवश्यकता है। लेकिन फिर भी, अब हम कुछ निष्कर्ष निकाल सकते हैं और यह वर्णन कर सकते हैं कि कैसे कर के दृष्टिकोण को बदलना है।

पर्याप्त जटिलता से यह निर्धारित होता है कि कौन सी प्रजाति अधिक विकसित रूप से प्राचीन है और कौन सी छोटी है। लेकिन इस परिकल्पना के आधार पर कि जैविक दुनिया सरल से जटिल में विकसित हुई है, हमारे पास कम से कम एक निर्विवाद तथ्य है। यदि एक जीवाणु में दो गुणसूत्र होते हैं, तो यह स्पष्ट लगता है कि यह एक होने की तुलना में क्रमिक रूप से अधिक युवा है।

इसलिए, हमारे अध्ययन के हिस्से के रूप में, हम आत्मविश्वास से कह सकते हैं कि जीनस विब्रियो शेवेनेला या यर्सिनिया से छोटा है। और फिर, चूंकि विब्रियो और शेवेनेला ईडा = 00047 के साथ अला tRNAGCA द्वारा समान हैं, तो एक उच्च संभावना के साथ, जीनस विब्रियो शेवनेला से उतरा और इसलिए एक गुणसूत्र उत्पन्न हुआ। जिसके बाद जीनस विब्रियो के अन्य प्रतिनिधि जीनस कॉलवेलिया से उतरे, और इसलिए दूसरा गुणसूत्र उत्पन्न हुआ। एक जीव में इन गुणसूत्रों के संयोजन के परिणामस्वरूप, हम जीन विब्रियो के बारे में बात कर सकते हैं, जो एक पंक्ति में शीवनेला से और दूसरे के साथ कोलवेलिया के वंशज थे।

इस प्रकार, हमें एक पूर्वज से वंश की बात नहीं करनी चाहिए, लेकिन कम से कम दो या उससे भी अधिक के बारे में।

मोनोक्रोमोसोमल बैक्टीरिया के साथ, विकास की दिशा निर्धारित करना अधिक कठिन है (कौन छोटा है और कौन बड़ा है)। लेकिन दो-गुणसूत्र प्रजातियों के आधार पर, हम कह सकते हैं, क्योंकि Id = 00049 के साथ Ala tRNA_GCA और Id = 00043 के साथ Ala tRNA_GCC के साथ एक Vibrio प्रजाति है; और Id = 00047 के साथ Ala tRNA_GCA के साथ Vibrio प्रजातियां भी हैं, तो Id = 00047 के साथ Ala tRNA_GCA और Id = 00043 के साथ Ala tRNA_GCC मूल रूप से मौजूद हैं। और वे शीवनेला में निहित थे, और इसलिए इसे सबसे प्राचीन जीव के रूप में मान्यता दी जानी चाहिए, और यहां पर विचार किए जाने वाले जीवों के वर्गीकरण के आधार पर रखा जाना चाहिए।

तब हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि शेवेनेला से एक पंक्ति में यर्सिनिया आया। यर्सिनिया से, बदले में, फोटोबोरडस, जिसमें से पूरे परिवार एंटरोबैक्टीरिया की उत्पत्ति हुई। लेकिन यह केवल एक पंक्ति है। एक अन्य के अनुसार, हमने पहले ही उल्लेख किया है कि शेवेनेला किस तरह के जन्म के वंशज हैं।

बहु-प्रजातियों की उत्पत्ति विकासवादी तस्वीर को बहुत भ्रमित करती है, लेकिन इसके बारे में कुछ भी नहीं किया जाता है - इस तरह की अटकलों की जटिलता है, और हमें केवल उन स्थितियों में सबसे सटीक रूप से प्रतिबिंबित करने की आवश्यकता है जहां सभी प्रजातियों को नहीं जाना जाता है।

युपीडी। अरे हाँ। मैं पूरी तरह से भूल गया, फिर उन्होंने बात करना शुरू कर दिया - ठीक है, क्यों प्रोग्रामर को सभी प्रकार के जीव विज्ञान के साथ अपने सिर को मूर्ख बनाना चाहिए। इसलिए मैं वास्तव में इस विषय के साथ प्रोग्रामर को रुचि देना चाहता था, क्योंकि वे वही हैं जो जैव-गणना के लिए एल्गोरिदम लिखने में सक्षम हैं। मेरे पास अभी और अधिक पूर्ण विश्लेषण करने की ताकत नहीं है। अचानक किसी को दया में रुचि होगी, कृपया एक व्यक्तिगत में लिखें।