प्रकृति का रीमॉडलिंग: मकड़ी की आँखों और अंधी गुफा मछलियों के दिमाग से समझें विकास की रणनीति

ये दोनों अध्ययन इस बात को रेखांकित करते हैं कि विकास शायद ही कभी शून्य से नई जटिल प्रणालियाँ बनाता है। इसके बजाय, यह अक्सर मौजूदा जेनेटिक टूलकिट, विकासात्मक मॉड्यूलरिटी और तंत्रिका सर्किटरी में बदलाव करता है, नई पारिस्थितिक मांगों के लिए पुराने हिस्सों को नए सिरे से इस्तेमाल करता है ।

मकड़ी की आँखों का विकास: साझा जेनेटिक टूलकिट से बनी मॉड्यूलर प्रणाली

1098 मकड़ियों (39 प्रजातियों और 8 परिवारों) पर किए गए एक बड़े अध्ययन में पाया गया कि मकड़ियों की विभिन्न आँखों के जोड़ों के आकार में बदलाव की गतिशीलता अलग-अलग होती है। यह संकेत देता है कि चयनात्मक दबाव और बाधाएँ मकड़ी की आँखों के विकास को आकार देती हैं । यह पैटर्न विकासात्मक मॉड्यूलरिटी के सिद्धांत का समर्थन करता है: मकड़ी की आँखों के अलग-अलग जोड़े एक साथ बंधे एक सिस्टम के रूप में बदलने के बजाय स्वतंत्र रूप से आकार में भिन्न हो सकते हैं ।

एक साथी स्टडी में सिंगल-सेल सीक्वेंसिंग से पता चला कि हेजहॉग (Hedgehog) सिग्नलिंग मकड़ी की आँखों के विकास में एक संरक्षित भूमिका निभाता है। यह दर्शाता है कि एक गहराई से संरक्षित विकासात्मक मार्ग मकड़ी की आँखों के निर्माण में शामिल है । मोटे तौर पर, जानवरों के दृश्य-प्रणाली के विकास में Pax6, Wnt जीन, hh, dpp, और atonal जैसे संरक्षित रेटिना निर्धारण जीन और मार्ग शामिल होते हैं ।

सिद्धांत: मकड़ी की आँखें पूरी तरह से नए आविष्कारों के रूप में विकसित नहीं हुईं। उनकी विविधता साझा विकासात्मक कार्यक्रमों में बदलाव के रूप में बेहतर समझी जाती है, जहाँ संरक्षित मार्ग और मॉड्यूलर आँख-जोड़ी का विकास विभिन्न पारिस्थितिक दबावों के अनुकूल होने में सक्षम बनाता है ।

व्यवहारिक निहितार्थ: आँख के आकार का अध्ययन आँख के आकार के विकास को पारिस्थितिकी से जोड़ता है, जिससे पता चलता है कि आँखों के जोड़ों में अंतर इस बात से जुड़ा है कि विभिन्न मकड़ियाँ अपने-अपने आवासों में दृष्टि पर कैसे निर्भर करती हैं ।

संभावित चिकित्सा अनुप्रयोग: उद्धृत मकड़ी अध्ययनों में कोई सीधा चिकित्सा अनुप्रयोग स्थापित नहीं होता है। इनकी सबसे स्पष्ट प्रासंगिकता तुलनात्मक विकासात्मक जीव विज्ञान में है, खासकर यह समझने में कि हेजहॉग सिग्नलिंग जैसे संरक्षित मार्ग विविध जानवरों में आँखों के विकास में कैसे भाग लेते हैं ।

अंधी गुफा मछली का दिमाग: उल्टे व्यवहार के लिए डोपामाइन सर्किट को फिर से तैयार करना

अंधी मैक्सिकन गुफा मछली (Astyanax mexicanus) प्रकाश से उत्पन्न एक संवेदी-गति प्रतिक्रिया दिखाती है जो उनके दृष्टि-युक्त सतही रिश्तेदारों से भिन्न होती है । एक स्थापित Astyanax मस्तिष्क एटलस के साथ संपूर्ण-मस्तिष्क कार्यात्मक इमेजिंग का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने एक केंद्रीय डोपामाइन सर्किट की पहचान की जो इस प्रतिक्रिया के अनुकूलन को रेखांकित करता है । हालाँकि गुफा के जीवन ने गुफा मछलियों की कार्यात्मक आँखों को समाप्त कर दिया है, नई प्रतिक्रिया में एक नए मस्तिष्क तंत्र के आविष्कार के बजाय मौजूदा तंत्रिका सर्किटरी में बदलाव शामिल है ।

पहले के वयस्क मस्तिष्क-एटलस कार्य में गुफा मछलियों में थैलेमिक और अन्य मस्तिष्क क्षेत्रों का विस्तार पाया गया था, साथ ही दृश्य प्रसंस्करण से जुड़े क्षेत्रों में कमी भी पाई गई थी । उस एटलस कार्य में यह भी पाया गया कि गुफा मछलियों में हाइपोथैलेमस के कुछ केंद्रक बढ़े हुए हैं, जबकि अन्य हाइपोथैलेमिक क्षेत्र अपरिवर्तित रहते हैं, जो एक समान मस्तिष्क विस्तार या कमी के बजाय क्षेत्र-विशिष्ट तंत्रिका-शारीरिक परिवर्तन को इंगित करता है ।

सिद्धांत: गुफा मछलियों ने एक नया "प्रकाश-संवेदनशील" मस्तिष्क सर्किट विकसित नहीं किया। उन्होंने एक मौजूदा डोपामाइन-मध्यस्थता मार्ग को पुन: उपयोग में लाकर एक अलग व्यवहार आउटपुट उत्पन्न करने के लिए इसे फिर से ट्यून किया ।

व्यवहारिक निहितार्थ: व्यवहार में यह बदलाव दर्शाता है कि विकास एक संवेदी-प्रतिक्रिया सर्किट के आउटपुट को बदल सकता है, भले ही छवि-निर्माण दृष्टि खत्म हो गई हो ।

संभावित चिकित्सा अनुप्रयोग: उद्धृत गुफा मछली अध्ययनों में कोई सीधा नैदानिक अनुप्रयोग स्थापित नहीं होता है। इनकी सबसे मजबूत व्यापक प्रासंगिकता एक कशेरुकी मॉडल के रूप में है, जिससे यह अध्ययन किया जा सके कि मस्तिष्क सर्किट और तंत्रिका-शरीर रचना कैसे विकसित हो सकते हैं, मैप किए जा सकते हैं, और पूरे मस्तिष्क स्तर पर कार्यात्मक रूप से पुन: कॉन्फ़िगर किए जा सकते हैं ।

निष्कर्ष

मकड़ी का अध्ययन दिखाता है कि विकास कैसे संरक्षित विकासात्मक मार्गों और मॉड्यूलर आँख संरचना को विविध पारिस्थितिक दबावों में ढालने के लिए पुन: उपयोग करता है। गुफा मछली का अध्ययन दिखाता है कि विकास कैसे एक मौजूदा डोपामाइन सर्किट को प्रकाश-उत्पन्न व्यवहार प्रतिक्रिया को बदलने के लिए पुन: उपयोग करता है। दोनों ही विकास को एक "ठीक करने वाले" (tinkerer) के रूप में दिखाने के मजबूत उदाहरण हैं, न कि एक आविष्कारक के रूप में ।