ईस्ट पैसिफिक राइज की गहराई में, जहां सूर्य का प्रकाश प्रवेश करने में विफल रहता है और चरम स्थितियां प्रबल होती हैं, विशाल हाइड्रोथर्मल वेंट ट्यूबवॉर्म, रिफ्टिया पचीप्टिला पनपता है। 6 फुट तक लंबी, रिफ्टिया में पाचन तंत्र की कमी होती है और इसके बजाय वह अपने शरीर के भीतर रहने वाले अरबों जीवाणुओं के साथ सहजीवी संबंध पर निर्भर करती है। ये कीमोआटोट्रॉफ़िक एंडोसिम्बियंट शर्करा में कार्बन डाइऑक्साइड को स्थिर करते हैं, जिससे वे और उनके ट्यूबवर्म होस्ट दोनों का भरण-पोषण होता है।
हार्वर्ड यूनिवर्सिटी के डिपार्टमेंट ऑफ ऑर्गेनिज्मिक एंड इवोल्यूशनरी बायोलॉजी के वैज्ञानिकों की एक टीम द्वारा नेचर माइक्रोबायोलॉजी में प्रकाशित एक अभूतपूर्व अध्ययन ने रिफ्टिया के एंडोसिम्बियन्ट्स द्वारा नियोजित कार्बन फिक्सेशन पाथवे के आसपास के रहस्यों को उजागर किया है। अधिकांश ऑटोट्रॉफ़िक जीवों के विपरीत, जो एकल कार्बन निर्धारण मार्ग पर निर्भर हैं, रिफ्टिया के सहजीवन में दो कार्यात्मक मार्ग होते हैं: केल्विन-बेन्सन-बाशम और रिडक्टिव ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र। पोस्टडॉक्टरल स्कॉलर जेसिका मिशेल और वरिष्ठ सह-लेखक प्रोफेसर पीटर गिरगिस के नेतृत्व में शोध दल ने ईस्ट पैसिफिक राइज से ट्यूबवॉर्म एकत्र किए और शुद्ध कार्बन निर्धारण दरों को मापने और ट्रांसक्रिप्शनल और मेटाबोलिक प्रतिक्रियाओं की जांच करने के लिए उनके प्राकृतिक वातावरण की नकल करने वाली परिस्थितियों में उन्हें इनक्यूबेट किया, जिसमें अत्यधिक दबाव और सल्फर के निकट-विषाक्त स्तर शामिल हैं।
अध्ययन से पता चला है कि आरटीसीए और सीबीबी चक्रों के ट्रांसक्रिप्शनल पैटर्न अलग-अलग भू-रासायनिक व्यवस्थाओं के जवाब में काफी भिन्न होते हैं, प्रत्येक मार्ग विशिष्ट चयापचय प्रक्रियाओं से संबद्ध होता है। आरटीसीए चक्र को हाइड्रोजेनेसिस और डिसिमिलेटरी नाइट्रेट में कमी के साथ जोड़ा गया था, जो कम ऊर्जा की स्थिति में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका का सुझाव देता है। इसके विपरीत, सीबीबी चक्र सल्फाइड ऑक्सीकरण और एसिमिलेटरी नाइट्रेट में कमी से जुड़ा था, जिससे सहजीवन कार्बन को ठीक करने के लिए अपने वातावरण में उपलब्ध प्रचुर रासायनिक ऊर्जा का प्रभावी ढंग से उपयोग कर सके।
सबसे दिलचस्प निष्कर्षों में से एक इन दो रास्तों की पूरक प्रकृति थी। आरटीसीए चक्र उन परिस्थितियों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण प्रतीत होता है जहां सल्फाइड और ऑक्सीजन सीमित होते हैं, जैसा कि ग्रुप 1ई-हाइड्रोजनेज की पहचान से उजागर होता है, जो ऐसी सीमाओं का जवाब देने के लिए आरटीसीए चक्र के साथ मिलकर काम करता है। यह लचीलापन एक महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, जिससे ट्यूबवर्म हाइड्रोथर्मल वेंट की अत्यधिक परिवर्तनशील स्थितियों में पनप सकते हैं।
अध्ययन के दौरान मापी गई शुद्ध कार्बन स्थिरीकरण दर असाधारण रूप से उच्च थी, जिससे उनके वातावरण में रिफ्टिया पचीप्टिला का तेजी से विकास और अस्तित्व बना रहा। कार्बन स्थिरीकरण के दोहरे रास्ते, जिनमें से प्रत्येक को विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों के लिए अनुकूलित किया गया है, पर्यावरणीय बदलावों के दौरान सहजीवन को चयापचय स्थिरता बनाए रखने में मदद कर सकते हैं।
रिफ्टिया में इन दोहरे कार्बन निर्धारण मार्गों और उनके समन्वित विनियमन के विश्लेषण से जैविक कार्बन कैप्चर और बुनियादी जैव रसायन में अनुसंधान के नए रास्ते खुलते हैं। इस ज्ञान का जैव प्रौद्योगिकी में व्यावहारिक अनुप्रयोग हो सकता है, जहाँ कार्बन निर्धारण के लिए अधिक कुशल प्रणाली विकसित करने के लिए इन मार्गों के सिद्धांतों का उपयोग किया जा सकता है। इसके अलावा, यह समझना कि इन मार्गों को कैसे विनियमित किया जाता है, चयापचय विविधता के विकास और चरम वातावरण में अनुकूलन के बारे में जानकारी प्रदान कर सकता है।
जैसा कि प्रमुख लेखक जेसिका मिशेल कहती हैं, “यह अध्ययन वास्तव में भविष्य के अध्ययन का मार्ग प्रशस्त करता है, और यह समझता है कि कैसे ये दोहरे रास्ते इस जीव को कार्बन की इस मात्रा को ठीक करने में सक्षम बना रहे हैं।” इस शोध के निष्कर्ष न केवल रिफ्टिया पचीप्टिला और इसके एंडोसिम्बियन्ट्स के उल्लेखनीय रूपांतरणों पर प्रकाश डालते हैं, बल्कि चरम वातावरण में जीवन की हमारी समझ और विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए इन प्रक्रियाओं का उपयोग करने की क्षमता पर दूरगामी प्रभाव भी डालते हैं।
