पृथ्वी गर्म और गीली है. समुद्र जीवन से भरपूर है. शुरुआती स्क्विड, ईल और समुद्री कीड़े छोटे जानवरों का शिकार करते थे। हालाँकि, ज़मीन पर कोई हलचल नहीं थी। जानवर अभी तक किनारे पर नहीं चढ़े हैं। लगभग 450 मिलियन वर्ष पहले ऑर्डोविशियन काल के अंत में पृथ्वी ऐसी दिखती थी। गर्म पानी वन्य जीवन के लिए उत्तम परिस्थितियाँ बनाता है। लेकिन यह जल्द ही बदल सकता है. इसके तुरंत बाद, भूमि जमने लगी और बर्फ की चादरें फैलने लगीं।
स्प्रिंगटेल्स प्राचीन हैं. वे पहली बार 400 मिलियन से अधिक वर्ष पहले प्रकट हुए थे और उनका कीड़ों के साथ एक ही पूर्वज हो सकता है। हालाँकि, तब से, वे कीड़ों की तुलना में एक अलग दिशा में विकसित हुए हैं। अब हम जानते हैं कि वे एंटीफ़्रीज़ प्रोटीन विकसित करने वाले पहले जानवर थे। छवि स्रोत: फिलिप गारसेलॉन/विकिमीडिया कॉमन्स
पानी जो पहले गर्म था और वन्यजीवों के लिए अनुकूल था वह ठंडा और रहने योग्य नहीं रह गया। एक के बाद एक प्रजातियाँ नष्ट होती गईं। थोड़े ही समय में, पृथ्वी के इतिहास में दूसरे सबसे खराब सामूहिक विलुप्ति के हिस्से के रूप में सभी जीवन का आधा हिस्सा नष्ट हो गया।
ऑर्डोविशियन काल के दौरान जीवन आज की तुलना में बहुत अलग दिखता था। भूमि बंजर और निर्जीव है, परन्तु समुद्र जीवन से भरपूर है। यहां चित्रित स्क्विड और समुद्री एनीमोन विशेष रूप से प्रभावशाली हैं। लेकिन इस समय स्प्रिंगटेल्स भी मौजूद हैं। छवि स्रोत: फ़्रिट्ज़गेलर-ग्रिम/विकिमीडिया कॉमन्स
स्प्रिंगटेल्स: एंटीफ़्रीज़ प्रोटीन से बचे
हालाँकि, जो जानवर बच गए उनमें से एक स्प्रिंगटेल था। एक छोटे कीड़े जैसे जानवर ने ठंड से निपटने के लिए एक विशेष रणनीति विकसित की है। पशु कोशिकाओं ने प्रोटीन का उत्पादन शुरू कर दिया है जो कोशिकाओं को जमने से बचाता है।
स्प्रिंगटेल्स एंटीफ़्रीज़ प्रोटीन का उत्पादन करने वाले पहले जानवर हो सकते हैं। वैज्ञानिकों ने पहले सोचा था कि जानवरों ने बहुत बाद तक ऐसा करना शुरू नहीं किया। कनाडा में आरहस यूनिवर्सिटी और क्वींस यूनिवर्सिटी के शोध से यह पता चलता है।
"हम जानते हैं कि विकासवादी इतिहास में एंटीफ़्रीज़ प्रोटीन कई बार स्वतंत्र रूप से विकसित हुए हैं। मछलियों में ये होते हैं। कीड़ों में ये होते हैं। कुछ मकड़ियों में ये होते हैं। लेकिन जब तक हमने इन परिणामों को नहीं देखा, हमें नहीं पता था कि वे जानवरों की दुनिया में इतनी जल्दी विकसित हुए थे," मार्टिन होल्मस्ट्रुप कहते हैं।
वह आरहूस विश्वविद्यालय में पारिस्थितिक विज्ञान विभाग में प्रोफेसर हैं और नए अध्ययन के शोधकर्ताओं में से एक हैं।
स्प्रिंगटेल्स आपके बगीचे सहित हर जगह पाए जा सकते हैं
स्प्रिंगटेल्स छोटे जानवर हैं, जिनकी सबसे बड़ी प्रजाति केवल छह मिलीमीटर लंबी है। इसके छह पैर और सामने की ओर दो तम्बू हैं। पहली नज़र में ये कीड़े जैसे लगते हैं, लेकिन हैं नहीं। वास्तव में, विकासवादी वृक्ष पर इसकी अपनी शाखा है।
अब तक, शोधकर्ताओं ने स्प्रिंगटेल्स की 9,000 से अधिक विभिन्न प्रजातियों की खोज की है, और वे आपके बगीचे सहित लगभग हर जगह पाई जा सकती हैं। स्प्रिंगटेल कीड़े आमतौर पर मिट्टी की ऊपरी परतों में या पत्ती के कूड़े में रहते हैं, छोटे कवक, बैक्टीरिया और अन्य सूक्ष्मजीवों पर भोजन करते हैं।
जानवर को इसका नाम उसकी कांटेदार पूंछ से मिला है, जो गुलेल की छड़ी की तरह उसके शरीर के नीचे बंधी होती है। पूंछ को काँटेदार पूंछ भी कहा जाता है, और यदि किसी दुश्मन (जैसे बाघ) द्वारा हमला किया जाता है, तो जानवर तुरंत अपनी पूंछ छोड़ सकता है और हवा में 10 सेंटीमीटर तक उछल सकता है।
स्प्रिंगटेल्स मिट्टी के स्वास्थ्य के लिए फायदेमंद हैं क्योंकि वे पौधों में पोषक तत्वों को पुन: चक्रित करने में मदद करते हैं।
मार्टिन होल्मस्ट्रुप प्रयोगशाला में स्प्रिंगटेल्स की लगभग 20 विभिन्न प्रजातियों को पालते हैं। छोटे जानवरों को ज्यादा जगह की जरूरत नहीं होती. उन्होंने कहा, एक पूरी कॉलोनी एक कांच के कटोरे में रह सकती है। उन्होंने कहा, "हम उन्हें प्लास्टर बेस के साथ पेट्री डिश में डालते हैं, जो उन्हें नम रखता है। फ़ीड के रूप में, हम उन्हें थोड़ा सा सूखा खमीर देते हैं। मूल रूप से उन्हें बस यही चाहिए होता है।"
प्रयोग में मार्टिन की प्रयोगशाला से स्प्रिंगटेल्स का उपयोग किया गया। उन्होंने कनाडा में अपने तीन सहयोगियों को जानवरों के नमूने भेजे, जिन्होंने यह पता लगाने के लिए आणविक प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की कि जानवरों ने पहली बार एंटीफ्ीज़ प्रोटीन का उत्पादन कब किया था।
क्योंकि शोधकर्ता डीएनए अनुक्रम को जानते हैं जो कोशिकाओं को एंटीफ़्रीज़ प्रोटीन बनाने में सक्षम बनाता है, वे प्रजातियों, परिवारों और वर्गों में समान अनुक्रमों की खोज कर सकते हैं। वे यह भी गणना कर सकते हैं कि जीन की उत्पत्ति के लिए जिम्मेदार उत्परिवर्तन कब हुआ: ऑर्डोविशियन काल।
"गणना से पता चलता है कि स्प्रिंगटेल्स अन्य जानवरों से बहुत पहले एंटीफ़्रीज़ प्रोटीन का उत्पादन करते थे। मछली और कीड़ों में दस लाख साल बाद तक ऐसा नहीं हुआ था। हालांकि पौधों और सूक्ष्मजीवों, जैसे बैक्टीरिया और एकल-कोशिका शैवाल, ने बहुत पहले समान तंत्र विकसित किया होगा," उन्होंने कहा।
स्प्रिंगटेल्स कैसे खोजें
पारिस्थितिकी विज्ञान विभाग में मार्टिन होल्मस्ट्रुप और उनके सहयोगियों ने प्रयोगशाला के लिए स्प्रिंगटेल्स स्वयं एकत्र किए। वे डेनमार्क, आइसलैंड और ग्रीनलैंड में एकत्र हुए।
इन्हें ढूंढना कठिन नहीं है और आप इन्हें अपने बगीचे में भी पा सकते हैं।
बस इन चरणों का पालन करें:
बगीचे से मुट्ठी भर मिट्टी या पत्तियाँ लें और इसे एक छलनी में रखें।
एडजस्टेबल लाइट को छलनी के ऊपर रखें और ट्रे को छलनी के नीचे रखें।
रोशनी से निकलने वाली गर्मी स्प्रिंगटेल्स को ठंडे वातावरण की तलाश करने के लिए प्रेरित करती है। इससे वे छलनी के माध्यम से ट्रे में गिर जाएंगे, जहां आप उन्हें रेंगते हुए पाएंगे।
हालाँकि आप दुनिया में लगभग कहीं भी स्प्रिंगटेल पा सकते हैं, आर्कटिक में कहीं और की तुलना में अधिक स्प्रिंगटेल हैं। केवल मुट्ठी भर अन्य भूमि जानवर ही ग्रीनलैंड और कनाडा की ठंड से बच सकते हैं, जिसका अर्थ है कि स्प्रिंगटेल बैक्टीरिया और कवक को बिना किसी बाधा के खा सकते हैं।
मार्टिन होल्मस्ट्रुप कहते हैं, "स्प्रिंगटेल्स के सुपर-मजबूत एंटीफ्ीज़ प्रोटीन उन्हें ठंडे क्षेत्रों में जीवित रहने की अनुमति देते हैं, जहां उन्हें केवल कुछ अन्य कीड़ों और कीड़ों के साथ अपना भोजन साझा करना पड़ता है। और उनके कई प्राकृतिक दुश्मन नहीं होते हैं।"
सर्दियों में, जब आर्कटिक का तापमान गिरता है, तो स्प्रिंगटेल्स एंटीफ़्रीज़ प्रोटीन का उत्पादन शुरू कर देते हैं। उन्हें "बर्फ-बाध्यकारी प्रोटीन" भी कहा जाता है क्योंकि वे छोटे बर्फ के क्रिस्टल की सतह से जुड़ सकते हैं और उन्हें बढ़ने से रोक सकते हैं। जब मिट्टी जम जाती है, तो स्थलीय जानवर बर्फ के क्रिस्टल के निकट संपर्क में आते हैं, इसलिए एंटीफ्ीज़ प्रोटीन जानवरों के शरीर में बर्फ को फैलने से रोकने और उसे मारने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
उन्होंने कहा, "हमारी और अधिकांश अन्य जानवरों की तरह, अगर स्प्रिंगटेल्स का 'रक्त' जम जाए तो वे जीवित नहीं रह सकते। एंटीफ्ीज़ प्रोटीन इसे रोकने में मदद करते हैं।"
स्प्रिंगटेल्स कई आकृतियों और आकारों में आते हैं, जिनमें 9,000 से अधिक विभिन्न प्रजातियाँ हैं। ये केवल उन प्रजातियों की संख्या हैं जो हमें मिलीं। शोधकर्ताओं का अनुमान है कि स्प्रिंगटेल प्रजातियाँ दोगुनी या उससे भी अधिक हैं। छवि क्रेडिट: एंडी मरे/विकिमीडिया कॉमन्स
किशमिश की तरह सूखा
हालाँकि, यह विशेष प्रोटीन स्प्रिंगटेल्स की आर्कटिक ठंड से बचने की एकमात्र क्षमता नहीं है, उनके पास जीवित रहने का एक और तरीका है।
"चूँकि हर जीवित चीज़ की कोशिकाओं के अंदर पानी के अणु होते हैं, इसलिए हम ठंडे तापमान के प्रति अतिसंवेदनशील होते हैं। यदि पानी जम जाता है, तो कोशिकाएँ नष्ट हो जाती हैं। इसे रोकने के लिए, स्प्रिंगटेल्स खुद सूख जाते हैं और सर्दियों के दौरान एक प्रकार की शीतनिद्रा में चले जाते हैं," मार्टिन होल्मस्ट्रुप बताते हैं।
जब स्प्रिंगटेल हाइबरनेट होते हैं, तो उनका चयापचय इतना धीमा हो जाता है कि वैज्ञानिक वास्तव में इसे माप नहीं सकते हैं। हालाँकि, जब वसंत आता है, तो वे पानी को वापस अपने शरीर में अवशोषित कर लेते हैं और अपने चयापचय को फिर से शुरू कर देते हैं।
"आप उनकी तुलना अंगूरों को सुखाकर किशमिश बनाने से कर सकते हैं, यह प्रक्रिया फ्रीज-सुखाने की याद दिलाती है। सर्दियों में, स्प्रिंगटेल सिकुड़ जाते हैं और छोटे, झुर्रीदार जीव बन जाते हैं। फिर, जब वसंत आता है, तो वे पानी को अवशोषित करते हैं और अपने सामान्य आकार में फूल जाते हैं," उन्होंने कहा।
यह उन मछलियों में भी पाया जाता है जिन्हें जम कर मर जाना चाहिए था
पृथ्वी के सबसे ठंडे क्षेत्रों में जानवरों की कुछ प्रजातियाँ कैसे जीवित रहती हैं यह वर्षों से एक रहस्य है। पिछली शताब्दी के मध्य तक वैज्ञानिकों ने एंटीफ़्रीज़र प्रोटीन की खोज नहीं की थी जो जानवरों को ठंड से निपटने में सक्षम बनाता है।
दशकों से, वैज्ञानिक आश्चर्यचकित हैं कि आर्कटिक मछलियाँ -1.8 डिग्री सेल्सियस तक ठंडे पानी में कैसे तैरने में सक्षम हैं। नमक की मात्रा के कारण समुद्री जल का हिमांक कम होता है। दूसरी ओर, मछली के खून का हिमांक बिंदु -1 डिग्री सेल्सियस होता है, जिसका अर्थ है कि वे पानी में जमने से बच नहीं सकते हैं।
"ठंडे पानी में मछलियाँ कैसे जीवित रहती हैं यह लंबे समय से एक रहस्य रहा है। हालाँकि, 1960 के दशक के अंत में, अमेरिकी शोधकर्ता आर्थर डेविस आर्कटिक मछली में पाए जाने वाले प्रोटीन को अलग करने में सक्षम थे, जो उन्होंने पाया कि मछली की कोशिकाओं और रक्त में बर्फ बनने से रोकते थे, भले ही मछली अपने पूरे जीवन में अत्यधिक ठंडी रही हो," मार्टिन होल्मस्ट्रुप बताते हैं।
तब से, शोधकर्ताओं ने कई अन्य जानवरों, पौधों और सूक्ष्मजीवों में एंटीफ्ीज़ प्रोटीन की खोज की है। ये एंटीफ़्रीज़र प्रोटीन अब उद्योग द्वारा उपयोग किए जाते हैं।
एंटीफ्ीज़ प्रोटीन का इतिहास और अनुप्रयोग
आज, कई खाद्य पदार्थ जमे हुए भोजन के रूप में खरीदे और बेचे जाते हैं। हालाँकि, समस्या यह है कि यदि बर्फ के क्रिस्टल बनने लगें तो जमे हुए भोजन में बदलाव आ सकता है। वे अक्सर भोजन के स्वाद और बनावट को कम कर देते हैं।
हालाँकि, इस स्थिति को विशेष एंटीफ्ीज़ प्रोटीन से रोका जा सकता है, मार्टिन होल्मस्ट्रुप बताते हैं:
उन्होंने कहा, "मछली एंटीफ्रीज प्रोटीन को एन्कोड करने वाले जीन को औद्योगिक खमीर सेल संस्कृतियों में कॉपी किया गया है। यह खमीर को बहुत उपयोगी प्रोटीन उत्पन्न करने की अनुमति देता है जिसे बाद में विभिन्न खाद्य पदार्थों में जोड़ा जा सकता है।"
प्रोटीन के लिए विशेष रूप से गुणकारी खाद्य पदार्थों में से एक आइसक्रीम है।
"मुझे पता है कि यूनिलीवर अपनी आइसक्रीम में प्रोटीन का उपयोग करता है क्योंकि वे वास्तव में सुंदर बनावट बनाने में मदद करते हैं। आइसक्रीम को कठोर बर्फ के क्रिस्टल में बदले बिना भी पिघलाया और फिर से जमाया जा सकता है। लंबी अवधि में, इस प्रभाव का उपयोग प्रत्यारोपित अंगों के क्रायोप्रिजर्वेशन के लिए किया जा सकता है। एयरोस्पेस और पवन टरबाइन उद्योग जैसे अन्य उद्योग भी इन प्रोटीनों के साथ प्रयोग कर रहे हैं। उन्हें उम्मीद है कि ये प्रोटीन विमान के पंखों को बर्फ बनने से बचाएंगे और बर्फ को डी-आइस्ड करने की आवश्यकता नहीं होगी।"