یونیورسٹی آف شکاگو پرٹزکر اسکول آف مالیکیولر انجینئرنگ، یونیورسٹی آف ہیوسٹن کیمیکل انجینئرنگ ڈیپارٹمنٹ، اور شکاگو سینٹر فار دی اوریجنز آف لائف کی ایک نئی تحقیق یہ تجویز کرتی ہے کہ 3.8 ارب سال پہلے بارش کا پانی پروٹو سیلز کے ارد گرد ایک جالی دار دیوار بنانے میں مددگار ثابت ہوا، جو زندگی کے ہر جرثومے، پودے، جانور، اور انسان کی ابتدا کا اہم قدم تھا۔
اس نئی تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ بارش کے پانی نے ابتدائی RNA ڈھانچوں کو پروٹو سیلز میں تبدیل ہونے میں مدد دی، جس سے ان کی ترقی میں حفاظتی رکاوٹیں بنیں اور وہ پیچیدہ حیات میں تبدیل ہو سکیں۔
واضح رہے کہ آر این اے RNA (رائبونیوکلک ایسڈ) ایک حیاتیاتی مالیکیول ہے جو جینیاتی معلومات کی ترسیل اور پروٹین کی تیاری میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ یہ DNA سے مشابہت رکھتا ہے لیکن یہ ایک سنگل سٹرینڈ مالیکیول ہوتا ہے جبکہ DNA ڈبل سٹرینڈ ہوتا ہے۔ RNA کا بنیادی کام جینیاتی کوڈ کو DNA سے کاپی کرنا اور اسے پروٹینز کی تیاری کے لئے رائبوسومز تک پہنچانا ہوتا ہے۔ RNA مختلف حیاتیاتی عملوں میں اہم کردار ادا کرتا ہے اور اس کے بغیر جینیاتی معلومات کو پروٹین میں تبدیل کرنا ممکن نہیں ہوتا۔
زندگی کی ابتدا کے نظریات میں پروٹو سیلز کا تصور کلیدی اہمیت رکھتا ہے۔ پروٹو سیلز ابتدائی جانداروں کے لیے ممکنہ طور پر بنیادی ڈھانچے کی حیثیت رکھتے تھے۔ یہ چھوٹے، سادہ ڈھانچے تھے جو پانی میں تیرتے ہوئے مختلف کیمیائی اجزا کو جمع کر سکتے تھے۔ پروٹو سیلز میں خلیوں کی طرح کی جھلیاں ہوتی تھیں جو ابتدائی حیات کے عناصر کو ایک جگہ پر مجتمع کرنے میں مدد کرتی تھیں۔
زندگی کی ابتدا کے بارے میں ایک بنیادی سوال یہ ہے کہ ابتدائی زمانے کی ابتدائی شوراب میں تیرتے ہوئے RNA کے قطرے کیسے ان جھلی سے محفوظ زندگی کے پیکٹوں میں تبدیل ہو گئے، جنہیں ہم سیل کہتے ہیں۔
اب، یونیورسٹی آف شکاگو کے پرٹزکر اسکول آف مالیکیولر انجینئرنگ (UChicago PME)، یونیورسٹی آف ہیوسٹن کے کیمیکل انجینئرنگ ڈیپارٹمنٹ، اور یونیورسٹی آف شکاگو کے کیمسٹری ڈیپارٹمنٹ کے محققین کی ایک ٹیم نے اس کا ممکنہ حل پیش کیا ہے۔
سائنس ایڈوانسز میں شائع ہونے والی ایک نئی تحقیق میں، یونیورسٹی آف شکاگو پرٹزکر اسکول آف مالیکیولر انجینئرنگ کے پوسٹ ڈاکٹریٹ محقق امن اگروال اور ان کے ساتھی مصنفین – جن میں یونیورسٹی کے ڈین ایمریٹس میتھیو ٹیرل اور نوبل انعام یافتہ حیاتیات دان جیک شاستک شامل ہیں – نے یہ ظاہر کیا ہے کہ 3.8 ارب سال پہلے بارش کے پانی نے پروٹو سیلز کے ارد گرد ایک جالی دار دیوار بنانے میں مدد کی، جو RNA کے چھوٹے چھوٹے قطرے سے لے کر ہر بیکٹیریا، پودے، جانور، اور انسان کی ابتدا کے لیے اہم قدم تھا۔
میتھیو ٹیرل اسے ایک ایک منفرد اور نیا مشاہدہ قرار دیتے ہیں۔
نئی تحقیق کے مطابق، ابتدائی زمین پر بارش کا پانی پروٹو سیلز کی جھلیوں کے ارد گرد ایک جالی دار دیوار بنانے میں اہم کردار ادا کرتا تھا۔ یہ جالی دار دیوار پانی کے قطروں کے درمیان رابطہ قائم کرتی تھی، جس سے پروٹو سیلز کے لیے ایک محفوظ اور مستحکم ماحول تشکیل پاتا تھا۔
پروٹو سیل کے استحکام کا چیلنج
تحقیق ’کوایسرویٹ بوندوں‘ کا جائزہ لیتی ہے، جو پیچیدہ مالیکیولز جیسے پروٹین، لپڈز اور آر این اے کے قدرتی طور پر پیدا ہونے والے حصے ہیں۔ یہ بوندیں جو پانی میں کھانے کے تیل کی بوندوں کی طرح برتاؤ کرتی ہیں، طویل عرصے سے پہلے پروٹو سیلز کے امیدوار کے طور پر دیکھی جاتی ہیں۔ لیکن ایک مسئلہ تھا۔ مسئلہ یہ نہیں تھا کہ یہ بوندیں ایک دوسرے کے درمیان مالیکیولز کا تبادلہ نہیں کر سکتیں، جو ارتقاء کا ایک کلیدی مرحلہ ہے، بلکہ مسئلہ یہ تھا کہ وہ یہ تبادلہ بہت زیادہ اور بہت تیزی سے کر دیتی تھیں۔
کوئی بھی بوند جو نئے، ممکنہ طور پر مفید پری-لائف آر این اے میوٹیشن پر مشتمل ہو، وہ اس آر این اے کا چند منٹوں میں دوسری آر این اے بوندوں کے ساتھ تبادلہ کر لے گی، جس کا مطلب یہ ہے کہ وہ جلد ہی سب ایک جیسی ہو جائیں گی۔ اس طرح کوئی فرق اور کوئی مقابلہ نہیں ہوگا – یعنی کوئی ارتقاء نہیں ہوگا۔ اور اس کا مطلب یہ ہے کہ کوئی زندگی نہیں ہوگی۔
امن اگروال کہتے ہیں، ”اگر مالیکیولز بوندوں یا خلیوں کے درمیان مسلسل تبادلہ کرتے رہیں، تو کچھ ہی وقت کے بعد تمام خلیے ایک جیسے نظر آئیں گے، اور کوئی ارتقاء نہیں ہوگا کیونکہ آپ کو ایک جیسے کلونز مل رہے ہوں گے۔“
اشتراکی تحقیق اور آر این اے کا کردار
زندگی بذاتِ خود مختلف شعبوں کے اشتراک سے جڑی ہوئی ہے، لہذا جیک شاستک، جو یونیورسٹی آف شکاگو کے ’شکاگو سینٹر فار دی اوریجن آف لائف‘ کے ڈائریکٹر ہیں، کا کہنا تھا کہ مولیکیولر انجینئرنگ کے انٹرڈسپلنری کی حامل یونیورسٹی آف شکاگو پرٹزکر اسکول آف مالیکیولر انجینئرنگ ، اور ہیوسٹن یونیورسٹی کے کیمیکل انجینئرنگ ڈیپارٹمنٹ کے ساتھ تعاون کرنا ایک فطری بات ہے۔
جیک شاستک Szostak کا کہنا ہے ”انجینئرز نے طویل عرصے سے اس قسم کے پیچیدہ مرکبات کی فزیکل کیمسٹری – اور عام طور پر پولیمر کیمسٹری – کا مطالعہ کیا ہے۔ یہ بات سمجھ میں آتی ہے کہ انجینئرنگ اسکول میں اس کے بارے میں مہارت موجود ہے، جب ہم زندگی کے آغاز جیسے موضوع کو دیکھ رہے ہوتے ہیں، تو یہ بہت پیچیدہ ہوتا ہے اور اس میں بہت سے پہلو ہوتے ہیں کہ ہمیں ایسے لوگوں کی ضرورت ہوتی ہے جو متعلقہ تجربہ رکھتے ہوں۔“
سن 2000 کی دہائی کے اوائل میں، شاستک نے آر این اے کو پہلے حیاتیاتی مواد کے طور پر دیکھنا شروع کیا۔ اس نے ایک مسئلے کو حل کیا جو طویل عرصے سے ڈی این اے یا پروٹین کو زندگی کے ابتدائی مالیکیولز کے طور پر دیکھنے والے محققین کے لئے معمہ بنا ہوا تھا۔
امن اگروال کے مطابق ”یہ ایک طرح سے مرغی-انڈے والا مسئلہ ہے کہ پہلے کیا آیا؟“
وہ کہتے ہیں ”ڈی این اے وہ مالیکیول ہے جو معلومات کو انکوڈ کرتا ہے، لیکن یہ کوئی فنکشن انجام نہیں دے سکتا۔ پروٹین وہ مالیکیولز ہیں جو افعال انجام دیتے ہیں، لیکن وہ کوئی وراثتی معلومات انکوڈ نہیں کرتے۔“
جیک شاستک جیسے محققین نے نظریہ پیش کیا کہ آر این اے پہلے آیا، ”جو سب کچھ سنبھال رہا تھا“ اگر وال کے الفاظ میں، اور پروٹین اور ڈی این اے اس سے آہستہ آہستہ ارتقاء پذیر ہوئے۔
امن اگروال نے کہا ”آر این اے ایک ایسا مالیکیول ہے جو، ڈی این اے کی طرح، معلومات کو انکوڈ کر سکتا ہے، لیکن یہ پروٹین کی طرح تہہ بھی ہو سکتا ہے تاکہ یہ کیٹالیسس جیسے افعال انجام دے سکے۔“
آر این اے پہلے حیاتیاتی مواد کے لیے ایک ممکنہ امیدوار تھا۔ کوایسرویٹ بوندیں پہلے پروٹو سیلز کے ممکنہ امیدوار تھیں۔ کوایسرویٹ بوندیں جن میں آر این اے کی ابتدائی شکلیں موجود تھیں، ایک فطری اگلا قدم محسوس ہوئیں۔
بارش کے پانی میں آر این اے کی پائیداری کی دریافت
یہاں تک کہ جیک شاستک نے 2014 میں ایک مقالہ شائع کیا، جس میں دکھایا گیا کہ کوآسرویٹ ڈراپلیٹس میں آر این اے بہت تیزی سے تبادلہ کرتا ہے، اس نظریے پر سوال اٹھا دیا۔
جیک شاستک نے کہا، ”آپ مختلف قسم کے کوآسرویٹس کی تمام اقسام کے ڈراپلیٹس بنا سکتے ہیں، لیکن وہ اپنی علیحدہ شناخت برقرار نہیں رکھتے۔ وہ اپنے آر این اے مواد کا تبادلہ بہت تیزی سے کرتے ہیں۔ یہ ایک دیرینہ مسئلہ رہا ہے۔“
وہ کہتے ہیں ”ہم نے اپنے نئے مقالے میں دکھایا ہے کہ آپ اس مسئلے کے کم از کم ایک حصے کو اس طرح دور کر سکتے ہیں کہ ان کوآسرویٹ ڈراپلیٹس کو کشید شدہ پانی میں منتقل کریں – مثلاً بارش کا پانی یا کسی بھی قسم کا تازہ پانی – اور ان کے ارد گرد ایک سخت قسم کی جھلی بن جاتی ہے جو انہیں آر این اے کے مواد کے تبادلے سے روکتی ہے۔“
انجینئرنگ اور بایولوجی کے درمیان پل
امن اگروال نے یونیورسٹی آف ہیوسٹن میں اپنے پی ایچ ڈی کے دوران کوایسرواٹ ڈراپلیٹس کو کشیدہ پانی میں منتقل کرنا شروع کیا، اور ان کے رویے کا برقی میدان کے تحت مطالعہ کیا۔ اس وقت تک، یہ تحقیق زندگی کے آغاز سے متعلق نہیں تھی؛ یہ محض انجینئرنگ کے نقطہ نظر سے دلچسپ مواد کا مطالعہ تھا۔
”انجینئرز، خصوصاً کیمیکل اور میٹیریل انجینئرنگ کے ماہرین، مواد کی خصوصیات جیسے انٹرفیشل ٹینشن، چارجڈ پالیمرز کے کردار، نمک، پی ایچ کنٹرول وغیرہ کو سمجھنے میں اچھی معلومات رکھتے ہیں،“ اگروال کے سابق مشیر اور نئے مقالے کے شریک مصنف، یونیورسٹی آف ہیوسٹن کے پروفیسر عالمگیر کریم نے کہا۔ ”یہ سب وہ اہم پہلو ہیں جو عوام میں ’پیچیدہ مائعات‘ کے نام سے جانے جاتے ہیں – جیسے شیمپو اور مائع صابن۔“
امن اگروال اپنے پی ایچ ڈی کے دوران کوایسرواٹس کی دیگر بنیادی خصوصیات کا مطالعہ کرنا چاہتے تھے۔ یہ عالمگیر کریم کا موضوع نہیں تھا، لیکن عالمگیر کریم نے کئی دہائیوں پہلے یونیورسٹی آف منیسوٹا میں دنیا کے ایک سرکردہ ماہر، ٹیرل کے زیرِ نگرانی کام کیا تھا، جو بعد میں شکاگو پریٹزکر اسکول آف مالیکیولر انجینئرنگ کے بانی ڈین بنے۔
ایک دوپہر کے کھانے کے دوران،امن اگروال اور عالمگیر کریم کے ساتھ، میتھیو ٹیرل نے بحث کی کہ کشیدہ پانی کے کوایسرواٹ ڈراپلیٹس پر اثرات کے بارے میں تحقیق کا زمین پر زندگی کے آغاز سے کیا تعلق ہو سکتا ہے۔ ٹیرل نے پوچھا کہ 3.8 ارب سال پہلے کشیدہ پانی کہاں موجود ہو سکتا تھا۔
عالمگیر کریم کے مطابق ”میں نے خود بخود کہا ’بارش کا پانی!‘ ان کی آنکھوں میں چمک آ گئی اور وہ اس تجویز پر بہت خوش ہوئے۔۔ تو، آپ کہہ سکتے ہیں کہ یہ خیالات یا تصورات کا ایک خودبخود انضمام تھا!“
میتھیو ٹیرل نے امن اگروال کی کشیدہ پانی پر تحقیق کو جیک شاستک کے سامنے پیش کیا، جو حال ہی میں یونیورسٹی آف شکاگو میں شامل ہوئے تھے تاکہ اس وقت کے نام سے جانے جانے والے زندگی کے آغاز کے منصوبے کی قیادت کریں۔ انہوں نے وہی سوال پوچھا جو انہوں نے عالمگیر کریم سے پوچھا تھا۔
میتھیو ٹیرل یاد کرتے ہوئے بتاتے ہیں ”میں نے ان سے کہا، ’آپ کو کیا لگتا ہے کہ قبل از حیات دنیا میں کشیدہ پانی کہاں سے آ سکتا ہے؟‘ اور جیک نے وہی کہا جو میں سننے کی امید کر رہا تھا، یعنی ’بارش‘۔“
پیش حیاتیاتی ارتقاء کے لئے اثرات
جیک شاستک سے آر این اے کے نمونوں کے ساتھ کام کرتے ہوئے، اگروال نے پایا کہ کوایسر ویٹ قطرات کو کشید شدہ پانی میں منتقل کرنے سے آر این اے کے تبادلے کا وقت – چند منٹوں سے لے کر کئی دنوں تک بڑھ گیا۔ یہ وقت اتنا لمبا تھا کہ اس دوران تغیر، مقابلہ اور ارتقاء ممکن ہو سکے۔
امن اگروال کا کہنا ہے کہ اگر پروٹو سیل آبادی غیر مستحکم ہے، تو وہ اپنا جینیاتی مواد آپس میں تبادلہ کرے گی اور کلونز بن جائے گی۔ ڈاروینی ارتقاء کا کوئی امکان نہیں ہوگا، لیکن اگر وہ تبادلے کے خلاف مستحکم ہو جائیں تاکہ وہ اپنا جینیاتی مواد اتنی اچھی طرح سے محفوظ رکھ سکیں، کم از کم چند دنوں کے لیے تاکہ ان کی جینیاتی ترتیب میں تغیرات واقع ہو سکیں، تو ایک آبادی ارتقاء کر سکتی ہے۔
ابتداء میں، امن اگروال نے ڈی آئنائزڈ پانی کے ساتھ تجربات کیے، جو لیبارٹری کی حالتوں میں صاف کیا جاتا ہے۔ اس نے پھر جریدے کے جائزہ کاروں کو مجبور کیا کہ وہ پوچھیں کہ اگر پیش حیاتیاتی بارش کا پانی بہت تیزابی ہوتا تو کیا ہوتا۔
حقیقی دنیا کی جانچ اور مستقبل کی سمتیں
تجارتی لیبارٹری کا پانی تمام آلودگیوں سے پاک ہوتا ہے، اس میں کوئی نمک نہیں ہوتا، اور اس کا پی ایچ بے عیب طور پر متوازن ہوتا ہے۔ مختصر یہ کہ، یہ حقیقی دنیا کی حالتوں سے جتنا ممکن ہو سکتا ہے، دور ہے۔ انہیں ایسے مواد کے ساتھ کام کرنے کی ضرورت تھی جو حقیقی بارش کے زیادہ مشابہ ہو۔
امن اگروال کہتے ہیں ”ہم نے صرف ہیوسٹن میں بارش سے پانی اکٹھا کیا اور اس میں ہمارے قطرات کی استحکام کا تجربہ کیا، صرف یہ یقینی بنانے کے لیے کہ ہم جو رپورٹ کر رہے ہیں وہ درست ہے۔“
حقیقی بارش کے پانی اور لیبارٹری کے پانی کے تجربات میں، جن میں بارش کے پانی کی تیزابیت کی نقل کرنے کے لئے ترمیم کی گئی تھی، انہیں وہی نتائج ملے۔ میشی دیواریں تشکیل پائیں، جو ان حالات کو پیدا کرتی ہیں جو زندگی کی پیدائش کا سبب بن سکتے تھے۔
2020 کی دہائیوں میں ہیوسٹن کے اوپر گرنے والی بارش کی کیمیائی ترکیب وہ نہیں ہے جو زمین کے بننے کے 750 ملین سال بعد گری ہوتی، اور یہی بات اس ماڈل پروٹو سیل سسٹم کے بارے میں کہی جا سکتی ہے، جس کا تجربہ اگروال نے کیا۔ نیا مقالہ ثابت کرتا ہے کہ پروٹو سیلز کے گرد میشی دیوار بنانے کا یہ طریقہ ممکن ہے اور یہ زندگی کے مالیکیولز کو الگ کرنے میں مددگار ہو سکتا ہے، جس سے محققین ان کیمیائی اور ماحولیاتی حالات کے قریب پہنچ رہے ہیں جو پروٹو سیلز کے ارتقاء کو ممکن بنا سکتے ہیں۔
امن اگروال کہتے ہیں ”ہم نے ان پروٹو سیلز کو بنانے کے لئے جو مالیکیولز استعمال کیے ہیں وہ صرف ماڈلز ہیں، جب تک کہ زیادہ مناسب مالیکیولز متبادل کے طور پر نہیں مل جاتے۔۔ جبکہ کیمسٹری کچھ مختلف ہوگی، فزکس وہی رہے گی۔“
اس تحقیق کے نتائج نے یہ نظریہ مضبوط کیا ہے کہ بارش کا پانی ابتدائی زمین پر زندگی کی ابتدا کے لیے بنیادی عنصر تھا۔ جالی دار دیواروں کی تشکیل نے پروٹو سیلز کے اندر کیمیائی تعاملات کو محفوظ رکھا، جس سے ان میں پیچیدہ حیاتیاتی مالیکیولز کی تشکیل ممکن ہوئی۔ یہ حیاتیاتی مالیکیولز بعد میں زندگی کے مختلف اشکال میں تبدیل ہو گئے۔
اس فیچر کی تیاری میں سائنس ایڈوانسز اور سائنس ٹیک ڈیلی میں شائع تحقیقی مضامین سے مدد لی گئی ہے۔ امر گل
