Saturday, December 3, 2022
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डीएनए से परे: प्रोटीन हमें अपने प्राचीन रिश्तेदारों से कैसे मिलते हैं

प्राचीन डीएनए को जीवाश्म हड्डियों और मानव प्रजातियों के दांतों से छेड़ा गया है, जो कि हम अपने पूर्वजों के बारे में जानते हैं। पिछले दो दशकों में, आनुवंशिक सामग्री के विश्लेषण से न केवल नई मानव प्रजातियों का पता चला है, बल्कि इसने पुरातत्वविदों को यह भी अनुमति दी है कि वे हमारे पूर्वजों की तरह दिखने के लिए हजारों साल बाद विलुप्त हो गए।

लेकिन यह हमें पूरी कहानी नहीं दे सकता क्योंकि डीएनए यह नाजुक है – यह समय के साथ उस बिंदु तक टूट जाता है जहां इसका कोड अनजाने में बदल जाता है। इसका अर्थ है कि कई प्राचीन हड्डियों का आनुवंशिक रूप से विश्लेषण नहीं किया जा सकता है, इसलिए मानव परिवार के बहुत से पेड़ दृश्य से छिपे हुए हैं।

लेकिन पिछले कुछ वर्षों में, हमारे प्राचीन पूर्वजों में नई अंतर्दृष्टि जीवाश्म अवशेषों के अंदर बंद प्रोटीन से आई है। प्रोटीन डीएनए की तुलना में बहुत लंबे समय तक जीवित रह सकते हैं, और प्रयोगशाला तकनीकों में, जैसे मास स्पेक्ट्रोमेट्री, ने उनमें से छोटी मात्रा का पता लगाने और उन्हें चिह्नित करने के लिए शोधकर्ताओं की क्षमता में वृद्धि की है।

सभी का सबसे आशाजनक ‘शॉटगन प्रोटिओमिक्स’ है, एक ऐसी तकनीक जो एक जीवाश्म हड्डी या दांत के अंदर सभी प्रोटीनों की एक प्रोफ़ाइल बनाती है। ये ‘प्रोटीन फ़िंगरप्रिंट’ पहले से ही यह साबित करने की उनकी क्षमता को साबित कर चुके हैं कि प्राचीन मानव जीवाश्म हड्डियों की कौन सी प्रजातियां हैं, यहां तक ​​कि जब डीएनए सबूत खो गए हैं।

इसका मतलब है कि हम ‘पुरापाषाण’ क्रांति के पुंज में हैं, जो हमारे प्राचीन रिश्तेदार कौन थे और कैसे रहते थे, इस बारे में एक अभूतपूर्व दृष्टिकोण प्रदान करने का वादा करता है।

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डेनिसोवन्स में गहरी खुदाई

मानवविज्ञानी विशेष रूप से डेनिसोवन्स के बारे में अधिक जानने के इच्छुक हैं, जो मनुष्यों की एक रहस्यमय जनजाति है जो कम से कम 200,000 से 50,000 साल पहले रहते थे। अब तक, उनकी आनुवांशिक सामग्री केवल एक साइट से बरामद हुई है: साइबेरिया के अल्ताला पर्वत की तलहटी में डेनिसोवा गुफा।

लेकिन वहाँ सबूत है कि वे बहुत अधिक व्यापक थे। आज एशिया, ऑस्ट्रेलिया और पापुआ न्यू गिनी में जीवित लोगों के पास अपने आनुवंशिक कोड में डेनिसोवन डीएनए है।

“लगभग हर [question we have] डेनिसोवन्स के बारे में अनुत्तरित है, ”कहते हैं डॉ। फ्रिडो वेलकर डेनमार्क में कोपेनहेगन विश्वविद्यालय में जो प्राचीन प्रोटीन के क्षेत्र में एक नेता है। “यह न केवल यह है कि हमें यह जानने की आवश्यकता है कि वे कहाँ रहते थे, हम यह भी नहीं जानते हैं कि वे किस प्रकार के पत्थर के उपकरण बनाते हैं, हम उनके व्यवहार को नहीं जानते हैं।”

डेनिसोवन का अब तक का सबसे पूर्ण अवशेष आधा निचला जबड़ा है, जिसमें दो दांत लगे हुए हैं, जो चीन में तिब्बती पठार पर बैश्य करस्ट गुफा में एक साधु द्वारा खोजा गया था।

चीन में पाए जाने वाले इस जबड़े से जुड़े दांतों में प्रोटीन, इसे डेनिसोवन के रूप में पहचाना जाता है © डोंगजू झांग / लान्चो विश्वविद्यालय

जबड़े के अंदर का डीएनए, कम से कम 160,000 साल पुराना माना जाता है, विश्लेषण करने के लिए बहुत नीचा था। लेकिन 2019 में, एक टीम जिसमें वेल्कर शामिल था, दांतों में कोलेजन प्रोटीन का विश्लेषण करने में कामयाब रहा और यह डेनिसोवा गुफा में पाए गए डेनिसोवन्स के लिए एक मैच था। यह पहली बार था जब किसी प्राचीन मानव की पहचान उसके प्रोटीन से ही हुई थी।

प्रोटीन विश्लेषण अब हजारों हड्डी के टुकड़ों के माध्यम से कंघी करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है, जो यूरोप और एशिया भर के पुरातात्विक स्थलों से खोदा गया है, जो कि प्राचीन मनुष्यों से संबंधित था, और जो कि हाइना और स्तनधारी जैसे जानवरों से संबंधित थे।

ऐसा करके, जर्मनी के जेना में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर द साइंस ऑफ़ ह्यूमन हिस्ट्री में फ़िंडर अनुसंधान परियोजना, प्राचीन मानव से ज्ञात हड्डी के नमूनों की संख्या में वृद्धि कर रही है। यह विश्लेषण के लिए प्राचीन मानव हड्डियों की एक बड़ी रेंज प्रदान करेगा।

डेनिसोवन लड़की की यह छवि कंकाल के पुनर्निर्माण पर आधारित है © मायल हारेल

डेनिसोवन लड़की की यह छवि कंकाल के पुनर्निर्माण पर आधारित है © मायल हारेल

प्राचीन आहार को समझना

डीएनए का उपयोग करने के साथ-साथ पुरातत्वविदों ने प्रजातियों की पहचान करने के लिए हड्डियों के आकार और आयामों का अध्ययन किया है और विचार किया है कि वे हमारे विकासवादी अतीत में कहां फिट हो सकते हैं।

लेकिन वे जो कुछ भी ढूंढते हैं वह सिर्फ छोटे आकार के होते हैं जिन्हें पहचाना नहीं जा सकता। “1950 के दशक में वापस, या पहले भी, [archaeologists] इन हड्डी के टुकड़ों को दूर फेंक दिया जाएगा क्योंकि वे उनके लिए कोई मूल्य नहीं होंगे, ”कहते हैं डॉ। कतेरीना डौका, जो फ़ाइंडर का नेतृत्व कर रहा है।

डौका हड्डी की शार्क की पहचान करने के लिए मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ज़ूएमएस) द्वारा प्राणीविज्ञान नामक तकनीक का उपयोग कर रहा है। चिड़ियाघर में, कोलेजन प्रोटीन हड्डियों से निकाला जाता है और ट्रिप्सिन के साथ टूट जाता है, एक एंजाइम जो हमारे पेट में प्रोटीन को पचाने में मदद करता है।

ट्रिप्सिन कोलेजन को पेप्टाइड्स (अमीनो एसिड की जंजीरों) में काटता है, जिसे बाद में बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रोमीटर में रखा जाता है ताकि उनके द्रव्यमान को मापा जा सके। पेप्टाइड्स जानवरों की तुलना में मानव अवशेषों में विभिन्न अनुपात में मौजूद हैं, जिससे मानव हड्डियों की पहचान की जा सकती है।

प्रोटीन विश्लेषण वैज्ञानिकों को हड्डियों की पहचान करने की अनुमति दे रहा है जो अतीत में उन्होंने त्याग दिया था © डॉ। कतेरीना डौका

प्रोटीन विश्लेषण वैज्ञानिकों को हड्डियों की पहचान करने की अनुमति दे रहा है जो अतीत में उन्होंने त्याग दिया था © डॉ। कतेरीना डौका

अब तक डेनिसोवा गुफा से 11,000 हड्डी के टुकड़ों का ज़ूम्स का उपयोग करके विश्लेषण किया गया है, और 10 मानव हड्डियों की पहचान की गई है। उनमें से कुछ लगभग 250,000 साल पुराने हैं, इसलिए आनुवंशिक विश्लेषण से परे होने की संभावना है। आखिरकार, डीएनए को केवल तीन होमिनिन समूहों से अनुक्रमित किया गया है; निएंडरथल, डेनिसोवन्स और होमो सेपियन्स – और ज्यादातर पिछले 100,000 वर्षों से।

समय के साथ डीएनए के टूटने की प्रवृत्ति एक समस्या है, वेलकर एक स्नातक के रूप में अपने दिनों से परिचित है। वह विलुप्त हो रहे पहाड़ी बकरे के जीवाश्म गोबर के भीतर फंसी आनुवंशिक सामग्री को अनुक्रमित करने की कोशिश कर रहा था (मायोट्रागस बालिएरीकस) यह पता लगाने के लिए कि यह किसी भी पौधों के जीन की पहचान करके उसे खा गया है जो इसे पच गया था।

“यह काम नहीं किया क्योंकि [the DNA] वह संरक्षण के मामले में पूरी तरह से परास्त था, ”वे कहते हैं। “अगली सबसे अच्छी बात प्रोटीन लगती थी।”

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दिसंबर 2020 में, विल्कर ने पिछले दस वर्षों से होमिनिन जीवाश्मों में प्रोटीनों की खोज करने वाली एक प्रमुख नई शोध परियोजना पर काम शुरू किया, जिसे अफ्रीका, यूरोप और एशिया में एकत्र किया गया था।

उन्होंने संग्रहालयों और विश्वविद्यालयों से हड्डी और दांत के नमूनों का विश्लेषण करने के लिए यूरोपीय अनुसंधान परिषद से € 1.5m (£ 1.35 मीटर लगभग) प्राप्त किया है। वेलकर कहते हैं, “700,000 और 200,000 साल पहले के बीच यह समझने के लिए एक रोमांचक अवधि है कि हम कहाँ, एक प्रजाति के रूप में, उत्पत्ति करते हैं और उस समय होमिनिन प्रजातियां क्या कर रही थीं, व्यवहारिक रूप से बोल रही हैं।”

यह वह अवधि है जब होमो हीडलबर्गेंसिस, प्रजातियों कि हम, होमो सेपियन्स, माना जाता है कि इससे नीचे उतरा है, पहले के बारे में आया था, से विकसित हुआ होमो इरेक्टस

“वहाँ कई प्रजातियों के पदनाम हैं, जैसे होमो हीडलबर्गेंसिस जहां या तो लोग इस बात पर असहमत हैं कि इसे हमारे संबंध में कैसे रखा जाना चाहिए, या यह मौजूद है या नहीं, ”वेलकर कहते हैं। “अच्छी बात यह है कि, उस समय अवधि के लिए और होमो हीडलबर्गेंसिस विशेष रूप से, कुछ सवालों को हल करने के लिए आने वाले वर्षों में प्रोटीन बहुत जानकारीपूर्ण हो सकता है। ”

एक तकनीशियन एक डीएनए नमूना निकालने के लिए एक जीवाश्म Neanderthal हड्डी ड्रिलिंग © विज्ञान फोटो लाइब्रेरी

एक तकनीशियन एक डीएनए नमूना निकालने के लिए एक जीवाश्म Neanderthal हड्डी ड्रिलिंग © विज्ञान फोटो लाइब्रेरी

शॉटगन प्रोटिओमिक्स तकनीक वेलकर पाउडर के ब्रेडक्रम्ब-आकार की मात्रा बनाने के लिए हड्डी या दांत में ड्रिलिंग करके स्टार्ट का उपयोग करेगी। आमतौर पर, प्रोटीन को छोड़ने के लिए पाउडर को हाइड्रोक्लोरिक एसिड में रखा जाता है, जिसे फिर ट्रिप्सिन का उपयोग करके पेप्टाइड्स में कटा जाता है।

चिड़ियाघर के रूप में, पेप्टाइड्स के द्रव्यमान को बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रोमीटर में मापा जाता है। लेकिन शॉटगन प्रोटिओमिक्स ज़ूएमएस से भिन्न होता है जिसमें द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर से डेटा भी शोधकर्ताओं को पेप्टाइड्स के भीतर अमीनो एसिड के अनुक्रम को निर्धारित करने की अनुमति देता है – और यह नमूने में सभी प्रोटीनों के लिए करता है, बजाय केवल एक के।

तो, जबकि ज़ूएमएस यह बता सकता है कि क्या एक हड्डी प्राचीन मानव या किसी और चीज़ से आई है, शॉटगन प्रोटिओमिक्स से एक प्रोटीन अनुक्रम की तुलना उन लोगों के साथ की जा सकती है जो पहले से ही विशेष प्रजातियों की पहचान करने के लिए होमिनिन प्रजातियों में पाए जाते हैं।

इसके अलावा, जैसा कि एक प्रोटीन के अमीनो एसिड अनुक्रम जीनोम द्वारा निर्धारित किया जाता है, प्रजातियों के बीच मौजूद अनुक्रम में भिन्नता शोधकर्ताओं को जीवाश्म के अध्ययन और अन्य होमिनिन प्रजातियों के बीच विकासवादी संबंध के बारे में कुछ बताती है।

प्रोटिओमिक्स का भविष्य

अगले कुछ वर्षों में, यह उम्मीद है कि शॉटगन प्रोटिओमिक्स शोधकर्ताओं को अधिक पुरातात्विक स्थलों पर मौजूद प्रजातियों की पहचान करने की अनुमति देगा, जहां डेनिसोवन्स की पसंद की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान की गई थी।

इसके अलावा, एक स्थान पर मौजूद प्रजातियों की पहचान करके, पुरातत्वविद् वहां के बारे में अधिक जानकारी प्राप्त करने के लिए कलाकृतियों का उपयोग कर सकते हैं, जैसे कि वे शिकार करते थे और उन्होंने आग का इस्तेमाल किया था या नहीं।

लेकिन यह आसान नहीं होगा। हड्डी के कई हिस्से जो शोधकर्ता काम करते हैं, उनमें केवल सीमित संख्या में प्रोटीन होते हैं – वे, आखिरकार, कंकाल के एक हिस्से से एक छोटा टुकड़ा है। इसलिए उनके पास संपूर्ण आनुवंशिक कोड की तुलना में बहुत कम जानकारी होती है।

प्रोटीन भी ‘क्रमिक रूप से संरक्षित’ हैं, जिसका अर्थ है कि वे अक्सर प्रजातियों के बीच एक बड़ा सौदा नहीं बदलते हैं क्योंकि वे एक ही काम कर रहे हैं। यह उस सीमा को सीमित करता है, जिसका उपयोग हड्डी के नमूने को एक विशिष्ट प्रजाति से जोड़ने के लिए किया जा सकता है।

लेकिन प्रोटीन ने पहले ही खुद को डीएनए की तुलना में अधिक लचीला दिखाया है, जिससे हमें पहले से कहीं अधिक समय में वापस सहकर्मी बनाने की अनुमति मिलती है। अभी, हम अभी तक नहीं जानते कि प्रोटिओमिक्स कितनी दूर तक हमें देखने की अनुमति देगा।

“यह रोमांचक है कि पिछले कुछ वर्षों में क्षेत्र में क्या हुआ है, इसका हिस्सा है,” वेलकर कहते हैं। “अब भी, मुझे अभी भी नहीं पता है कि इसकी सीमाएं क्या हैं। यह केवल एक अच्छी बात है, क्योंकि इसका मतलब है कि हमारे पास अभी भी बहुत सी चीजें हैं। ”

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