के 'आरएनए' नै हाम्रो जीवन कथाको नायक हो त?

पृथ्वीमा जीवन कहिले, कहाँ र कसरी शुरू भयो? जीवनको शुरूआत सम्बन्धी यी प्रश्नहरू प्राकृतिक विज्ञानका सबैभन्दा ठूला समस्यामध्येका हुन्।

डा.डीबी कट्टेल

जेम्स ट्रेफिल, हेरोल्ड जे. मोरोविट्ज र एरिक स्मिथले सन् २००९ मा अमेरिकन साइन्टिस्ट म्यागजिनमा प्रकाशित ‘द ओरिजिन अफ लाइफ’ लेखमा लेखेका छन्– ज्ञानको सीमा बढ्दै गएपछि वैज्ञानिकहरूले सृष्टि सम्बन्धी एकपछि अर्को प्रश्नको समाधान गरेका छन्। अहिले हामीले सूर्य र पृथ्वीको उत्पत्तिबारे एकदमै राम्ररी बुझेका छौं र ब्रह्माण्डविद्हरूले हामीलाई ब्रह्माण्डको शुरूआतको एक सेकेन्डको सानो अंशभित्र समेत सजिलै लैजान सक्छन्।

वैज्ञानिकहरू भन्छन्- जीवन शुरू भएपछि पृथ्वीका हरेक ठाउँहरू कसरी भरिन गए र विविधता कसरी सम्भव भयो भन्ने पनि हामीलाई थाहा छ। तर, अजैविक पदार्थबाट यो धर्तीमा जीवन कसरी उत्पन्न भयो? यो ज्वलन्त प्रश्न हामीसामु छ, जसको उत्तर अझै अज्ञात छ।

पृथ्वीमा जीवनको शुरूआतबारे अधिकांश वैज्ञानिकहरूले ‘मेटाबोलिज्म, प्रजनन (मुख्यतः प्रतिकृति उत्पादन प्रक्रिया) र उद्विकास’ को धारणामा विश्वास गर्छन्। मेटाबोलिज्मलाई विशेष गरी जीवनलाई कायम राख्न हुने आवश्यक शारीरिक प्रक्रियाका रूपमा परिभाषित गरिन्छ। यसले जीवमा जीवन धान्नका लागि हुने रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको श्रृंखलालाई जनाउँछ।

अहिले विश्वसामु चुनौतीका रूपमा रहेको कोरोना विषाणु पनि एक प्रकारको आरएनए चरित्र भएको विषाणु हो। किनकि, योसँग आफ्नो प्रतिकृति उत्पादनका लागि अद्‌भुत क्षमता मात्र नभएर पुनर्संयोजनसँगै स्वाभाविक रूपमा उत्परिवर्तन गर्नसक्ने आवृत्ति पनि उच्च छ। यो नै एउटा कारण हो जसले गर्दा कोरोना विषाणुले असामान्य रूपमा उच्च प्रकारको प्रतिकृतिको विषाणु जन्माउन सक्छ।

पृथ्वीले रचना गरेको जीवनको कथाभित्र यहाँ उल्लेख गर्नैपर्ने एक महत्त्वपूर्ण पात्र हो, राइबो नाभिकीय अम्ल अर्थात् राइबोन्यूक्लिक एसिड (आरएनए)। आरएनए तीन (डीएनए र प्रोटीनसँगै) प्रमुख जैविक सूक्ष्म अणुहरूमध्येकै एक हो जुन पृथ्वीमा सबै जीवनका ज्ञात रूपहरूका लागि आवश्यक छ। यसको संरचना डीएनए सामान भए पनि, सूक्ष्म तरिका र कार्यशैलीमा भने फरक छ। मुख्यत: कोषहरूले विभिन्न कार्यहरूका लागि आरएनए प्रयोग गर्दछन्, जसमध्ये एकलाई सन्देशवाहक आरएनए पनि भनिन्छ। आरएनएको अर्को महत्त्वपूर्ण काम प्रोटीन बनाउनु पनि हो।

अहिले विश्वसामु चुनौतीका रूपमा रहेको कोरोना विषाणु पनि एक प्रकारको आरएनए चरित्र भएको विषाणु हो। किनकि, योसँग आफ्नो प्रतिकृति उत्पादनका लागि अद्‌भुत क्षमता मात्र नभएर पुनर्संयोजनसँगै स्वाभाविक रूपमा उत्परिवर्तन गर्नसक्ने आवृत्ति पनि उच्च छ।

यो नै एउटा कारण हो जसले गर्दा कोरोना विषाणुले असामान्य रूपमा उच्च प्रकारको प्रतिकृतिको विषाणु जन्माउन सक्छ। साथै, यसले सूक्ष्म परिवर्तनहरूको मध्यमबाट प्रोटीनको अनुक्रमहरूलाई समेत परिमार्जन गर्छ र आफ्नै उप–प्रकारहरूलाई पुनर्संयोजन गर्दै पुनः क्रमबद्ध गर्न समेत सक्षम छ।

यो प्रसंग यहाँ जोड्न खोजिएको कारण के हो भने, जब धर्तीमा जीवनको शुरूआत भयो, त्यो वेला लिंग वा मैथुनिक प्रणालीको विकास नै भएको थिएन, अस्तित्वमा थियो त केवल वंशप्रथाका लागि कोरोना विषाणु जस्तै प्रतिकृति उत्पादन गर्ने जीवन प्रणाली।

मेटाबोलिज्म्। तस्वीर स्रोतः ब्रिटानिका

हाम्रो जीवन कथा

ठूला जीवन मात्र नभएर सूक्ष्म जीव र विषाणुको आनुवंशिक संरचनामा समयक्रमसँगै आउने सामान्यदेखि जटिल परिवर्तन प्राकृतिक नियम नै हो। त्यस्तै, पृथ्वीको आदिम अवस्थामा आरएनए जीवनको संसार थियो भन्ने परिकल्पना वैज्ञानिक जगत्‌मा पनि गडेको छ। आरएनए नै अहिले पृथ्वीमा अस्तित्वमा रहेका सबै प्रकारका जीवनको पूर्वज हो भन्ने मान्यतालाई पनि धेरै वैज्ञानिकले स्वीकार गरेका छन्। त्यसैले पनि मान्न सकिन्छ, आरएनएको प्रतिकृति उत्पादन प्रणाली तथा उत्परिवर्तनको प्रक्रिया नै धर्तीमा जीवन विकासको पहिलो सूत्र बन्यो र त्यहींबाट शुरू भयो जीवनको कथा।

नाभिकीय अम्ल–डीएनए र आरएनएमा सङ्केतन गरिएको जानकारीबारे प्रस्ट पर्दै वैज्ञानिकत्रय ट्रेफिल, मोरोविट्ज र स्मिथले आफ्नो लेखमा भनेका छन्, ‘यी नाभिकीय अम्ल प्रोटीन बनाउन अत्यन्तै आवश्यक छन्; यद्यपि, नाभिकीय अम्ल बनाउन पनि प्रोटीनको उत्तिकै आवश्यकता पर्दछ। यसबाहेक प्रोटीन र नाभिकीय अम्ल दुवै ठूला–ठुला अणु हुन् जसमा स–साना तत्त्व अणुहरूको संरचना एक किसिमले तार जसरी नै जोडिएको हुन्छ, जसको संश्लेषणको सुपरिवेक्षण प्रोटीन र नाभिकीय अम्लले गर्दछ।

आणविक जीवविज्ञानको प्रमुख सिद्धान्तले के भन्छ भने, डीएनएबाट कोषिकामा आनुवंशिक जानकारीको प्रवाह आरएनए हुँदै प्रोटीन मार्फत हुन्छ। डीएनएले आरएनए बनाउँछ र आरएनएले प्रोटीन।

उद्विकासभन्दा पहिले, जीवनको चर्चा गर्दा वास्तवमा मेटाबोलिज्म र प्रतिकृति उत्पादन प्रणाली प्रमुख पात्रका रूपमा उभिन्छन्। जीवन शुरूआत सम्बन्धी धारणाको प्रसंग केलाउँदा यी दुई पात्रलाई अक्सर कुखुरा र अन्डाको अवस्थामा राखिन्छ। अर्थात् कुखुरा पहिले जन्मियो वा अन्डा? यस्तै प्रश्न नाभिकीय अम्ल र प्रोटीनमा पनि आउँछ। वैज्ञानिकहरूका अनुसार, आदिम आरएनए अणुहरूलाई आरएनए जीवनको पहिलो परिदृश्यमा समाहित (अंकित) गर्न तिनीहरू कसरी त्यो अवस्थामा पुगे भन्ने तथ्य नखोतल्ने हो भने उत्पत्ति सिद्धान्तको जग नै कमजोर हुन्छ।

वैज्ञानिकहरू भन्छन्– अनियमित भिन्नता र चयनका कारण यी आदिम आरएनए अणुहरूको बहुमुखी उत्प्रेरक प्रभाव बढ्दै गएपछि मेटाबोलिज्म जटिलताहरू देखापर्न थाल्यो। त्यो चरणदेखि नै, आरएनएले आज जस्तै पुस्तादेखि पुस्तासम्म मेटाबोलिज्म र निरन्तरता दुवैमा भूमिका निर्वाह गर्दथ्यो। वैज्ञानिकहरू दुवै अवस्थामा मेटाबोलिज्मको प्रसार पहिले आरएनए हुनुमा निर्भर थियो भन्दछन्। केही अध्येताहरूले अर्को पहिलो जीवनको सम्भावनालाई ‘मेटाबोलिज्म फर्स्ट’ पनि भनेका छन्। यो एउटा फरक मान्यता पनि हो।

जेम्स ट्रेफिलको समूहले गरेको व्याख्यानले के भन्छ भने– फर्स्ट संस्करणमा अर्थात् जीवनतर्फको प्रारम्भिक कदमहरूमा न डीएनए न त आरएनए नै आवश्यक थियो। अन्य वैज्ञानिक अध्ययनले पनि के प्रस्ट पारेका छन् भने– मेटाबोलिज्मको प्रारम्भिक संस्करणमा जटिल इन्जाइमहरूको सहायताविना चल्ने सरल रसायनिक प्रतिक्रियाहरूको श्रृंखला थियो। सायद प्राकृतिक रूपमा देखापर्ने खनिजहरूको सहायताले साना अणुहरूको सञ्जालको उत्प्रेरक कार्यद्वारा नै यसो भएको हुनुपर्छ भन्ने मान्यता वैज्ञानिकको छ।

वैज्ञानिकहरू भन्छन्– आजको जटिल आधुनिक जीवनले केही यस्ता प्रश्न पनि खडा गरेको छ जसको उत्तर पाउन सहज छैन। किनकि, आज हामीले जुन मेटाबोलिज्म देखेका छाैं, त्यसैमा जीवन एकरूप भएको छ।

ट्रेफिल समूहको अध्ययनले के व्याख्या गरेको छ भने, पहिलो स्व–प्रतिकृति उत्पादक अणुहरू देखापर्नुभन्दा पहिले रासायनिक प्रतिक्रिया प्रणाली सञ्चालन हुनसक्ने तरिका र तिनीहरू स्वयंमा प्रतिकृति उत्पादक प्रणाली विकास भएको तरिकाबीच आधारभूत भिन्नता छ।

जीवनको शुरुवात रसायनशास्त्र र भौतिकशास्त्रबीचको रासायनिक प्रतिक्रियाहरूको सञ्जालबाट नै भएको थियो। तथापि, आरएनए जस्ता धेरै वा थोरै स्वतन्त्र रूपमा नक्कल गर्नसक्ने अणुहरू देखापरेपछि मात्र प्राकृतिक छनोटको नियम अनुसार क्रमविकास (उद्विकास) अघि बढेको हुनुपर्छ भन्ने वैज्ञानिकहरूको ठहर छ। तर, क्रमिक विकासमा परिवर्तन कहिले र कसरी भयो भन्ने चाहिँ अनुसन्धानकै विषय बनेको छ।

सन् २०१५ मा प्रकाशित एड्भान्सेस इन केमिकल फिजिक्स पुस्तकमा जीवन उत्पत्तिका बारेमा व्याख्या गर्दै वैज्ञानिक सिड्नी लीचले लेखेका छन्– अणुहरूबीचको सञ्चार निर्दिष्ट अन्तरक्रियाको विषय हो जुन मुख्यतया विद्युत् चुम्बकीय शक्तिद्वारा सक्रिय हुन्छ।

नाभिकीय अम्लद्वारा आनुवंशिक जानकारी प्राप्त गर्ने क्रममा वा प्रतिकृति बन्ने क्रममा यो कसरी सञ्चालन हुन्छ त भन्ने निकै जटिल प्रश्न हो। यहाँ नाइट्रोजनका आधारहरूबीच हाइड्रोजन बन्धन र फोस्फेट समूहहरूले वास्तवमा संरचनात्मक मेरुदण्डका रूपमा समर्थन गर्दा यसलाई अलिकति भए पनि बुझ्न सकिन्छ। जैविक रसायनशास्त्रमा व्यापक रूपमा भाग लिने फोस्फेट समूहहरू जीवनका महत्त्वपूर्ण पात्रहरू डीएनए र आरएनएको कार्यका लागि अत्यन्त महत्त्वपूर्ण छन् भन्ने वैज्ञानिकको मत छ।

सन् २००७ देखि २०१५ को समयावधिमा प्रकाशित सामग्रीहरूलाई समावेश गरेर न्यू साइन्टिस्ट पत्रिकाले “पृथ्वीमा जीवन: उत्पत्ति, उद्विकास र लोप” विषयको अंक प्रकाशित गरेको थियो। उक्त अंकमा प्रकाशित 'डन अफ द लिभिङ' मा माइकल मार्शलले भनेका छन्– आरएनएले प्रोटीन इन्जाइम जस्ता प्रतिक्रियाहरूलाई उत्प्रेरक बनाउनसक्छ भनेर कसैले पनि देखाएका थिएनन्। सन् १९८२ मा मात्र आरएनएको एउटा इन्जाइम पत्ता लाग्यो। उनीहरू भन्छन्- कोलोराडो विश्वविद्यालयका वैज्ञानिक थोमस सेचले एककोषीय अनौठो जीव टेट्राहिमेना थर्मोफिलाको खोज गरेपछि जीवित जीवहरूमा आरएनएका धेरै इन्जाइमहरू पत्ता लगाइए। यति मात्र होइन, प्रयोगशालामा नयाँ इन्जाइमहरू समेत बनाइए।

वैज्ञानिकहरूका अनुसार, कम स्थिर आरएनए प्रोटीन जत्तिकै बहुमुखी चरित्रको नहुन सक्छ, जानकारी संकलनका लागि डीएनए जस्तै उपयुक्त नहुन पनि सक्छ। तर, थोमसको खोजले पहिलो जीवन आरएनए अणुहरू मिलेर बनेको थियो भन्ने विचारलाई ठूलो बल दियो। त्यसैलाई रसायनशास्त्री वाल्टर गिल्बर्टले ‘आरएनए संसार’ का रूपमा व्याख्या गरे।

प्रारम्भिक समयमा आरएनए संसारको उपर्युक्त चर्चा नाभिकीय अम्लको प्रतिकृति गुणमा मात्र केन्द्रित थियो। तर, डार्विन विकासको उदयका लागि “अणु” झिल्ली सीमाद्वारा सीमांकित हुनु पनि एक आवश्यक कार्य हो भनेर सन् २००१ मा वैज्ञानिक स्जोस्टकको एक समूहले गरेको अनुसन्धान पत्रले देखायो। अणु झिल्ली सीमाद्वारा सीमांकित नभएको भए सक्रिय नक्कल उत्पादनमा राइबोजमले असम्बन्धित अनुक्रमको विकाससँगै यसले आफ्नै अनुक्रमको मात्र विस्तार गर्ने काम गर्थ्यो। फलस्वरूप, प्रतिकृति उत्पादन क्षमताको थप विकास हुनुअघि नै वरपरका वातावरणबाट प्राप्त पोषक तत्त्वहरू समाप्त हुन्‍थे।

आरएनए प्रक्रिया।

आरएनए संसारमा आरएनए जैविक उत्प्रेरकहरूको एक मात्र आनुवंशिक रूपमा सङ्केतन गरिएको तत्त्व हो भनेर सिड्नी लीचले जीवन उत्त्पत्तिका बारेमा लेखिएको माथि उल्लिखित पुस्तकमा उल्लेख गरेका छन्। यद्यपि आरएनए संसारको वास्तविक अस्तित्व अझै पनि बहसको विषय बनेको छ।

अर्को कुरा, वैज्ञानिकहरूबीच एउटा मान्यता- जसलाई 'पेप्टाइड्स पहिलो परिकल्पना' भनिन्छ- अत्यन्त प्रचलित छ। यो परिकल्पनाले प्रोटीनलाई जीवनको पहिलो उत्प्रेरकका रूपमा प्रस्ताव गर्छ र वास्तवमा अजैविक (एबायोटिक) अवस्थामा न्युक्लिक एसिडको तुलनामा एमिनो एसिड र पेप्टाइड्स सजिलै बन्न सक्दछ भनेर व्यख्या समेत गर्दछ।

तर, हाम्रो वर्तमान जीवविज्ञानमा यस्ता केही पक्षहरू छन् जसले आरएनए संसारको लामो समयदेखिको जीवावशेषको अस्तित्व हुनसक्छ भनेर व्याख्या गर्दछ। वास्तवमा आरएनएको पहिलो जगत्‌प्रतिको विश्वासमा मुख्य आपत्ति भनेको आरएनए जत्तिकै जटिल अणुलाई कसरी सहजै जम्मा गर्न सकिन्छ भन्ने कुरा पत्ता लगाउन कठिनाइ हुनु नै हो। तर, आरएनए संसारको विश्वासका लागि सम्भाव्य जवाफ वैज्ञानिक म्याथ्यु पोनरको समूहले सन् २००९ मा गरेको एक अनुसन्धानले दिएको छ, जसले सक्रिय पाइरिमिडिन राइबोन्यूक्लियोटाइड संश्लेषणको प्रस्ताव गरेका थिए। यो जीवनको पूर्व जैविक अवस्थासँग सम्बन्धित अत्यन्त विश्वसनीय संश्लेषण हो। उनीहरूको यो खोज नेचर जर्नलमा प्रकाशित छ।

सन् २०१७ मा जियोसाइन्स फ्रन्टीयर मा प्रकाशित एक अनुसन्धान पत्रमा वैज्ञानिकद्वय नोरियो कितादै र शिगेनोरी मारुयामाले वैज्ञानिक ओर्गेलको सन् २००४ मा प्रकाशित अनुसन्धान पत्रलाई आधार मान्दै भनेका छन्– नक्कल जन्माउने र उत्परिवर्तनद्वारा हुने प्राकृतिक चयन सरल जैव–रासायनिक प्रणालीबाट जटिल जैविक रासायनिक प्रणालीको विकास गर्ने एक प्रमुख प्रणाली पनि हो। समकालीन जीवविज्ञानमा प्रतिकृति उत्पादन प्रणालीका लागि डीएनए, आरएनए र प्रोटीन लगायतका तीन महत्त्वपूर्ण पात्र छन्।

वैज्ञानिकद्वय सिड्नी अल्टम्यान (बायाँ) र थोमस सेच

वैज्ञानिकहरू भन्छन्- डीएनएमा आनुवंशिक जानकारी भण्डारण हुन्छ, डीएनएबाट आरएनए बन्छ, र संदेशवाहक आरएनएले डीएनएलाई कार्य गर्ने प्रोटीनका रूपमा बदल्छ, अनि प्रोटीनहरूले डीएनए र आरएनए बनाउन चाहिने इन्जाइम उपलब्ध गराउँदछन्, जसको फलस्वरूप आफैंलाई आफ्नो प्रतिकृति जन्माउन मद्धत गर्दछ। तथापि, डीएनए, आरएनए र प्रोटीन प्रणाली एमिनो एसिड र न्यूक्लियोटाइडहरूको अनियमित मिश्रणबाट उत्पन्न हुने सम्भावना एकदमै कम हुन्छ जुन आदिम पृथ्वीमा अजैविक (एबायोटिक) तरिकाले बनेको थियो भनेर वैज्ञानिकहरू भन्दछन।

अहिले वैज्ञानिकहरूमाझ जीवनको उत्पत्तिका सन्दर्भमा मूल अनुसन्धानको केन्द्रीय मुद्दा भनेको नै जीवोत्पत्तिका लागि उत्प्रेरक गतिविधि के थिए र आदिम पृथ्वीमा आरएनए संसारको थप विकासका लागि कस्तो खालको अजैविक संश्लेषण थियो, त्यो बुझ्नु नै हो। साथै, पृथ्वीमा अहिले अस्तित्वमा रहेका सबै खाले जीवनका डीएनए, आरएनए र प्रोटीनका विशेषताहरू के छन्, त्यो जान्नु अर्को उद्देश्य हो।

'आरएनए संसार'

वैज्ञानिकहरूले डीएनए–आरएनए–प्रोटीन बायोपोलिमर प्रणालीलाई जीवनका लागि आवश्यक प्रकृतिका रूपमा अनुमान गरेका छन्। नाभिकीय अम्लको ज्यामितीय क्षमताले गर्दा नै तिनीहरूले जटिल संरचनाहरूको तह बनाउन सक्षम हुन्छन् भनेर पनि उनीहरू भन्दछन्। र, डीएनए संसारभन्दा पहिले “आरएनए वर्ल्ड“ को विकास भएको थियो भन्ने तथ्यलाई पुष्टि गर्ने महत्त्वपूर्ण आधारहरू पनि उत्प्रेरक आरएनए अणुहरू लगायत राइबोजाइमहरूको आविष्कार हुनु नै हो।

अहिलेका अधिकांश वैज्ञानिकहरू आजको जीवन आदिम पृथ्वीमा आरएनए–प्रभुत्व भएको प्रारम्भिक चरण, जसलाई ‘आरएनए संसार’ हुँदै आएको हो भन्ने सेच र अल्टम्यानको मान्यतामा सहमत छन्। यसैले यो धर्तीमा प्रथम जीवन स्वरूपको पहिलो परिदृश्यको परिकल्पनामा 'आरएनए संसार' नै हो भन्ने कुरामा अहिलेसम्मका लागि दुईमत रहेन।

सन् १९८० को दशकको शुरूतिर वैज्ञानिकद्वय थोमस सेच र सिड्नी अल्टम्यानले केही आरएनए अणुहरूले इन्जाइम जस्तो उत्प्रेरकका रूपमा काम गर्नसक्छन् भन्ने कुरा देखाएपछि यो क्षेत्रमा नवीन सोचको विकास भयो। सँगसँगै वैज्ञानिकहरूबाट आदिम पृथ्वीको संसारमा आरएनएलाई एकत्रित गरिएको मात्र नभएर यसले जीवन सञ्‍चालनका क्रममा इन्जाइम र वंशाणुगत अणु दुवैका रूपमा जुम्ल्याहा भूमिका निर्वाह गर्न सक्षम भयो भनेर व्याख्या गरियो।

कालान्तरमा आरएनए जीवन प्रणाली डार्विनको प्राकृतिक छनोट विधिद्वारा सञ्‍चालित भयो, जसले गर्दा अणुमा अझ बढी जटिलता विकास भयो र अन्ततः आधुनिक जीवन जस्तो एक जीव पृथ्वीमा रचना भयो। अहिलेका अधिकांश वैज्ञानिकहरू आजको जीवन आदिम पृथ्वीमा आरएनए–प्रभुत्व भएको प्रारम्भिक चरण, जसलाई ‘आरएनए संसार’ हुँदै आएको हो भन्ने सेच र अल्टम्यानको मान्यतामा सहमत छन्। यसैले यो धर्तीमा प्रथम जीवन स्वरूपको पहिलो परिदृश्यको परिकल्पनामा 'आरएनए संसार' नै हो भन्ने कुरामा अहिलेसम्मका लागि दुईमत रहेन।