जब ब्रिटिश मॉर्फोलॉजिस्ट जॉर्ज जैक्सन मायवार्ट [सेंट। जॉर्ज जैक्सन Mivart] 1865 में पहले विकासवादी पेड़ों में से एक में प्रकाशित हुआ, उसके पास सहायक सामग्री का अभाव था। उन्होंने एक पेड़ का निर्माण किया - प्राइमेट्स
की विभिन्न प्रजातियों का एक
शाखाओं वाला नक्शा - जानवरों की रीढ़ का एक विस्तृत विश्लेषण का उपयोग करके। पशु अंगों की तुलना पर आधारित दूसरा पेड़, प्राइमेट्स
के बीच
अन्य पारिवारिक संबंधों को दर्शाता है, जो आज तक मौजूद विकासवादी जीव विज्ञान की समस्या को उजागर करता है।
लगभग 150 साल बाद, वैज्ञानिकों ने Mivart द्वारा बनाई गई संरचना का एक आधुनिक संस्करण तथाकथित फ़ाइलेगनेटिक
पेड़ बनाने के लिए डेटा के पहाड़ों का अधिग्रहण किया। डीएनए डिकोडिंग तकनीक और
जैव सूचना विज्ञान में अग्रिम आपको विभिन्न प्रजातियों से सैकड़ों जीनों, और कभी-कभी पूरे जीनोम के अनुक्रमों की तुलना करने की अनुमति देते हैं, और पहले से कहीं अधिक विस्तार के साथ जीवन के पेड़ का निर्माण करते हैं।
1866 से जीवन का ऐतिहासिक पेड़ पौधों, जानवरों और एककोशिकीय के राज्यों का वर्णन करता हैहालाँकि, डेटा की बहुतायत ने कुछ संघर्षों को हल करने में मदद की, जो विकासवादी पेड़ के विभिन्न हिस्सों पर उत्पन्न हुए, इसने नई कठिनाइयों को भी जन्म दिया। जीवन के पेड़ का आज का संस्करण एक प्रकाशित पुस्तक की तुलना में विवादास्पद विकिपीडिया पृष्ठ की तरह है - कुछ शाखाओं के बारे में बहस चल रही है। जिस तरह रीढ़ और अंगों में प्राइमेट्स के विकास के परस्पर विरोधी नक्शों का उदय हुआ, वैसा ही अब वैज्ञानिक जानते हैं कि एक ही शरीर में अलग-अलग जीन अलग-अलग कहानियां बता सकते हैं।
एक नए अध्ययन के अनुसार, आंशिक रूप से खमीर के अध्ययन के आधार पर, व्यक्तिगत जीन द्वारा खींची गई विवादास्पद तस्वीर उम्मीद से भी अधिक विरोधाभासी है। "यह दावा किया जाता है कि 1,070 जीनों में से प्रत्येक किसी न किसी तरह के संघर्ष में शामिल है," येल में एक विकासवादी जीवविज्ञानी माइकल
डोनॉग्यू कहते हैं, जो अध्ययन से जुड़ा नहीं है। "हम 1.8 मिलियन प्रजातियों के फाइटोलैनेटिक संबंधों का पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं, और हम बीस प्रकार के खमीर को खुद नहीं कर सकते हैं," वे कहते हैं।
विरोधाभास को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पेड़ के व्यक्तिगत भागों की शुद्धता में विश्वास के स्तर को मापने के लिए सूचना सिद्धांत पर आधारित एक एल्गोरिथ्म विकसित किया। उन्हें उम्मीद है कि नया दृष्टिकोण विकासवादी अवधियों को स्पष्ट करने में मदद करेगा, जिसमें सबसे दिलचस्प और उपयोगी और सबसे अधिक परस्पर विरोधी डेटा - उदाहरण के लिए,
कैम्ब्रियन विस्फोट - पशु जीवन का तेजी से विविधीकरण है जो 540 मिलियन साल पहले हुआ था।
वांडरबिल्ट विश्वविद्यालय के जीवविज्ञानी
एंटोइस रोकास कहते हैं, "ऐतिहासिक रूप से, सबसे दिलचस्प एपिसोड उन क्षेत्रों से जुड़े हैं, जिन्होंने ध्यान आकर्षित किया और विवाद पैदा किया," जैसे कि जानवरों की उत्पत्ति, कशेरुक और फूलों के पौधे।
नए एल्गोरिथम के परिणामों के आधार पर, वैज्ञानिक केवल फ़्लोजेनेटिक पेड़ों के निर्माण के लिए सबसे अधिक जानकारीपूर्ण जीन का चयन कर सकते हैं। ऐसा दृष्टिकोण प्रक्रिया को अधिक सटीक और कुशल दोनों बना सकता है। "मुझे लगता है कि यह जीवन के पेड़ के पुनर्निर्माण में तेजी लाने में मदद करेगा," वर्जीनिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के एक जीवविज्ञानी खदिर हिलु ने कहा।
जीवन की ईंटें
Phylogenetic पेड़ों का आधार उनकी रिश्तेदारी की डिग्री के अनुसार प्रजातियों के समूह के माध्यम से बनाया गया है। यदि हम मनुष्यों, चिंपैंजी और मछलियों के डीएनए की तुलना करते हैं, तो यह स्पष्ट हो जाता है कि मनुष्य और चिंपाज़ी मछलियों की तुलना में एक दूसरे के अधिक करीब हैं।
एक बार, शोधकर्ताओं ने जीवों की तुलना करने के लिए एक या अधिक जीन का उपयोग किया। लेकिन पिछले एक दशक में फाइटोलेनेटिक डेटा का एक विस्फोट हुआ है, बहुत जल्दी इन पेड़ों को बनाने के लिए आवश्यक ठिकानों को भरना है। विश्लेषण ने पूरे पेड़ में बिखरे हुए कई सफेद धब्बों को भरा, लेकिन गंभीर असहमति अभी भी मौजूद है।
उदाहरण के लिए, यह अभी तक स्पष्ट नहीं है कि घोंघे के प्रकार में कौन निकटतम हैं - बाइवलेव मोलस्क या
फावड़ा-पैर वाले मोलस्क , रोकास कहते हैं। यह ठीक से ज्ञात नहीं है कि जेलीफ़िश और स्पंज जैसे पेड़ से जानवरों की सबसे शुरुआती शाखाएं कैसे जुड़ी हुई हैं। वैज्ञानिक एक ही वैज्ञानिक पत्रिकाओं में दिखने वाले परस्पर विरोधी पेड़ों के उदाहरणों को हफ्तों के अंतर के साथ दिखा सकते हैं, या
एक ही मुद्दे में भी दिखा सकते हैं।
"इसलिए सवाल: हमारे लिए सहमत होना इतना मुश्किल क्यों है?" - रोकस कहते हैं।
रोकास और उनके स्नातक छात्र लियोनिदास सलिचोस [लियोनिडस सालीचोस] ने इस मुद्दे का अध्ययन किया,
व्यक्तिगत रूप से जीन का मूल्यांकन करना , सबसे उपयोगी जीन का उपयोग करना - विकास के इतिहास से संबंधित अधिकांश जानकारी को स्थानांतरित करना - वृक्ष के अपने संस्करण का निर्माण करना।
उन्होंने खमीर की 23 प्रजातियों के साथ शुरुआत की और 1,070 जीनों का चयन किया। के साथ शुरू करने के लिए, उन्होंने एक मानक तरीके से फाइटोलैनेटिक पेड़ बनाया, संघनन। ऐसा करने के लिए, व्यक्तिगत प्रजातियों के सभी अनुक्रमों को एक मेगाजेन में एक साथ इकट्ठा किया जाता है, और फिर व्यक्तिगत प्रजातियों के अनुक्रमों की तुलना इस लंबे अनुक्रम के साथ की जाती है, जिसके आधार पर एक पेड़ बनाया जाता है जो सबसे अच्छा अंतर बताता है।
परिणामस्वरूप पेड़ मानक सांख्यिकीय विश्लेषण के संदर्भ में सटीक है। लेकिन चूंकि इसी तरह के तरीकों से असहमति के साथ पेड़ों को नुकसान पहुंचता है, रोकास और सालीकोस ने इस विषय को तूल देने का फैसला किया। उन्होंने अलग-अलग खमीर जीनों के लिए फ़ाइलोजेनेटिक पेड़ों के सेट का निर्माण किया, और विभिन्न पेड़ों के बीच सबसे बड़े पत्राचार के क्षेत्रों की खोज के लिए सूचना सिद्धांत का उपयोग करके विकसित एक एल्गोरिथ्म लागू किया। परिणाम,
नेचर इन मई में प्रकाशित हुआ , अप्रत्याशित था। अध्ययन किया गया प्रत्येक जीन थोड़ा अलग विकासवादी कहानी बताता है।
हिलू कहती हैं, "व्यक्तिगत जीन के लिए बनाए गए लगभग सभी पेड़ डेटा के आधार पर एक पेड़ से टकरा गए।" "यह चौंकाने वाला है।"
उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि यदि कई जीन एक विशेष वास्तुकला का समर्थन करते हैं, तो यह सटीक होना चाहिए। लेकिन अगर जीन के विभिन्न सेट दो अलग-अलग आर्किटेक्चर का समान रूप से समर्थन करते हैं, तो वास्तविकता के साथ उनके सटीक मिलान की संभावना कम हो जाती है। रोक्स और सालीचोस ने सबसे जानकारीपूर्ण जीन का चयन करने के लिए
सांख्यिकीय बूटस्ट्रैप नामक एक विधि का उपयोग किया।
वास्तव में, "यदि आप सक्रिय समर्थन के साथ केवल जीन लेते हैं, तो आपको सही पेड़ मिलेगा," डोनोग कहते हैं।
संशोधित पेड़ विकासवादी सूचना के एक वैकल्पिक स्रोत पर निर्मित पेड़ के साथ मेल खाता है - डीएनए सेगमेंट में पीढ़ी-दर-पीढ़ी बड़े पैमाने पर परिवर्तन - जो उनके शोध को उचित ठहराते हैं।
खोज केवल खमीर तक सीमित नहीं थी। कशेरुक और जानवरों के आनुवंशिक डेटा सहित बड़े और अधिक जटिल जीवन रूपों के लिए एक ही विश्लेषण को लागू करते हुए, उन्होंने व्यक्तिगत जीनों के बीच गंभीर संघर्ष पाया।
कुछ शोधकर्ताओं को विश्लेषण से डेटा को चुनिंदा रूप से बाहर करने के विचार के लिए उपयोग करने की आवश्यकता है। "कई वर्षों से, जीवों के रिश्तों को समझने की कोशिश कर रहे लोगों के लिए मुख्य समस्या पर्याप्त डेटा एकत्र करने की समस्या रही है," येल में एक विकासवादी जीवविज्ञानी
जेफरी टाउनसेंड कहते हैं, जो अनुसंधान में शामिल नहीं है। "समुदाय को हमेशा डेटा सेट की आवश्यकता के बारे में बताया गया है, इसलिए यह आश्चर्य की बात नहीं है कि उन्होंने इस तरह से कार्य के लिए संपर्क किया।"
हालाँकि विकासवादी जीवविज्ञानी वर्षों से इन समस्याओं से जूझ रहे हैं, नया अध्ययन व्यक्तिगत जीनों के संघर्ष के स्तर का अध्ययन करने का अब तक का सबसे बड़ा प्रयास बन गया है। डोनाग कहते हैं, "लोगों ने दो प्रतिक्रियाएं दीं: मेरे विचार से अधिक संघर्ष हैं, और हमें उन्हें बेहतर तरीके से विश्लेषण करने की आवश्यकता है।" हालांकि, वह नए दृष्टिकोण की सटीकता की पुष्टि करने में कठिनाइयों को भी इंगित करता है। यद्यपि संशोधित पेड़ वैकल्पिक आनुवांशिक जानकारी पर निर्मित है, लेकिन बाद में इसकी अपनी विसंगतियों का पता चलता है। "मुझे यकीन नहीं है कि हम जानते हैं कि वास्तव में क्या संबंध है," वह कहते हैं। "और अगर हम चीजों की सही स्थिति के बारे में सुनिश्चित नहीं हैं, तो हमें पता नहीं है कि क्या हमें सही पेड़ मिला है।"
बदलती तस्वीर
शोधकर्ताओं को यह देखने के लिए नई तकनीक को अधिक व्यापक रूप से लागू करने की आवश्यकता है कि यह विकास की अवधारणा को कैसे बदल सकता है। हालांकि, रोकास और सालिचोस पहले ही दिखा चुके हैं कि पेड़ की छोटी शाखाओं, या "जंगली" भागों को फिर से संगठित करना सबसे कठिन है, जो तेजी से अटकलों की अवधि का प्रतिनिधित्व करते हैं - विशेष रूप से पेड़ के आधार के करीब स्थित और विकासवादी इतिहास में गहरा।
"सैद्धांतिक शोध ने इस व्यवहार की भविष्यवाणी की, लेकिन पहली बार हमारा अध्ययन प्रयोगात्मक डेटा का उपयोग करके पुष्टि दर्शाता है," रोकास ने कहा।
रोकास का तर्क है कि नई खोजों से शोधकर्ताओं के पेड़ के अस्पष्ट भागों की व्याख्या करने का तरीका बदल जाएगा। “विकासवादी जीवविज्ञानी आमतौर पर मानते हैं कि यदि पेड़ के पास आवश्यक विस्तार नहीं है, तो यह गलत है। और इसलिए, यदि हम अधिक डेटा एकत्र करते हैं और बेहतर एल्गोरिदम की रचना करते हैं, तो हम सही पेड़ पर आएंगे, ”वह कहते हैं। लेकिन डेटा के प्रवाह और एक नए प्रकार के विश्लेषण के अनुप्रयोग के बावजूद, पेड़ के परस्पर विरोधी भागों की उपस्थिति बनी रह सकती है। "मुझे लगता है कि कुछ मामलों में एल्गोरिथ्म इस संघर्ष को हल करने में सक्षम होगा, और दूसरों में संघर्ष के उन क्षेत्रों को चिह्नित करना संभव है जिन्हें हम कभी भी हल करने में सक्षम नहीं हैं।"
पेड़ के इन जंगली भागों का अध्ययन विकास के दिलचस्प चरणों में एक नया रूप दे सकता है, उदाहरण के लिए, कैम्ब्रियन विस्फोट, जब जीवन सरल जीवों की प्रबलता से जानवरों की प्रजातियों के एक भिन्न सेट से गुजरा।
अन्य विद्वान इस बात से सहमत हैं कि खोज प्रभावित कर सकती है कि विशेषज्ञ विकास के बारे में परस्पर विरोधी विचारों से कैसे निपटते हैं। "मुझे लगता है कि यह एक प्रतिमान बदलाव का अग्रदूत है," टाउनसेंड ने कहा। "अगर हम उपयुक्त तरीकों का उपयोग करते हैं, तो हमारे पास उन मुद्दों के बारे में अधिक जानने का अवसर होगा, जिन्होंने हमें लंबे समय तक परेशान किया है।"
टाउनसेंड, जिन्होंने
अपनी विकास दर के आधार पर सबसे अधिक जानकारीपूर्ण जीन का चयन करने का अपना तरीका विकसित किया, नोट करता है कि वैज्ञानिक समुदाय के सभी सदस्य नए दृष्टिकोण की आवश्यकता पर सहमत नहीं हैं। "मुझे उम्मीद है कि यह काम इस मुद्दे को सबसे आगे लाने में मदद करता है," उन्होंने कहा।
Phylogenetic पेड़ों के प्रोटोटाइप के निर्माण के लिए जीन की सही मात्रा का चयन करना एकमात्र सवाल नहीं है जो विकासवादी जीवविज्ञानी को नुकसान पहुंचाता है। उन्हें इस बात पर भी सहमत होने की आवश्यकता है कि प्रसंस्करण में कितनी प्रजातियों को शामिल किया जाना चाहिए - पेड़ में जितनी अधिक प्रजातियाँ, उतना ही कठिन विश्लेषण। विभिन्न प्रजातियों के लिए एकत्र किए गए डेटा की गुणवत्ता में अंतर के कारण परिणाम भी भिन्न हो सकते हैं। “अगर हमें एक सच्चे विकासवादी इतिहास को प्राप्त करने की आवश्यकता है कि सब कुछ एक दूसरे के साथ कैसे जुड़ा है, तो इसके लिए क्या बेहतर है - अधिक जीन या अधिक प्रजातियों को इकट्ठा करने के लिए? - डोनोग कहते हैं। "मुझे लगता है कि दोनों।"
नए दृष्टिकोण जो शोधकर्ताओं को कम जीन का उपयोग करके सटीक परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देते हैं, विकासवादी पेड़ का विस्तार कर सकते हैं। केवल सबसे अधिक जानकारीपूर्ण जीन का चयन करने की क्षमता प्रक्रिया को अधिक कुशल बना सकती है, और वैज्ञानिकों को कम डेटा और संसाधनों का उपयोग करके सटीक पेड़ बनाने की अनुमति दे सकती है। "अगर हम कई जीनों का चयन कर सकते हैं और पूरे जीनोम के साथ एक ही अच्छा पेड़ प्राप्त कर सकते हैं," खीलू कहते हैं, "हम जीवन के बहुत अधिक विस्तृत पेड़ का निर्माण कर सकते हैं - जेनेरा के स्तर पर, या प्रजातियों के स्तर पर भी - इसके बजाय सामग्री के साथ सबसे महत्वपूर्ण शाखाओं का कंकाल। "