कैसे एआई ने 1 ट्रिलियन प्रजातियों में 3 बिलियन साल के बैक्टीरिया के विकास को उजागर किया
विज्ञान में प्रकाशित हाल के शोध से बैक्टीरिया के विकास और ऑक्सीजन का उपयोग करने की उनकी क्षमता के बारे में महत्वपूर्ण निष्कर्षों का पता चलता है, जो लगभग 900 मिलियन वर्षों तक महान ऑक्सीकरण घटना से पहले होता है। (एक प्रस्तुति छवि)
पृथ्वी पर सूक्ष्मजीवों की लगभग एक ट्रिलियन प्रजातियां हैं – जिनमें से अधिकांश बैक्टीरिया हैं।
बैक्टीरिया में एक एकल कोशिका होती है। उनके पास हड्डियां नहीं हैं और वे बड़े जानवरों की तरह नहीं हैं जो भूवैज्ञानिक रिकॉर्ड में स्पष्ट संकेत छोड़ते हैं, जो आभारी पैलियोन्टोलॉजिस्ट कई लाखों वर्षों के बाद अध्ययन कर सकते हैं।
इसने वैज्ञानिकों के लिए अपने शुरुआती विकास की समयरेखा स्थापित करना बहुत कठिन बना दिया है। लेकिन मशीन लर्निंग की मदद से, हम कई विवरणों को भरने में सक्षम हैं। विज्ञान में आज प्रकाशित हमारे नए शोध से पता चलता है कि कुछ बैक्टीरिया ने ऑक्सीजन का उपयोग करने की क्षमता विकसित की है जब पृथ्वी के साथ लगभग 2.4 बिलियन साल पहले संतृप्त हो गया था।
पृथ्वी के इतिहास में एक स्मारकीय घटना
लगभग 4.5 बिलियन साल पहले, चंद्रमा का गठन हुआ। हिंसक रूप से। एक मंगल-आकार की वस्तु पृथ्वी से टकरा गई, इसकी सतह को पिघली हुई चट्टान में बदल दिया। यदि जीवन इस प्रलय से पहले मौजूद था, तो यह संभवतः नष्ट हो गया था।
उसके बाद, सभी जीवित प्राणियों के वर्तमान पूर्वज दिखाई दिए: एकल-कोशिका वाले रोगाणु। जीवन के इतिहास के पहले 80% के लिए, पृथ्वी पूरी तरह से इन रोगाणुओं द्वारा बसाई गई थी।
जीव विज्ञान में कुछ भी विकास के प्रकाश के अलावा समझ में नहीं आता है, जैसा कि विकासवादी जीवविज्ञानी थियोडोसियस डोबज़ान्स्की ने 1973 में कहा था। लेकिन जीवन का विकास पृथ्वी के प्रारंभिक इतिहास के माध्यम से कैसे आगे बढ़ा? आज हम देखते हैं कि जीवन की अद्भुत विविधता से डीएनए अनुक्रमों की तुलना करना हमें बता सकता है कि विभिन्न समूह एक -दूसरे से कैसे संबंधित हैं। उदाहरण के लिए, हम मनुष्य सेब के पेड़ों की तुलना में मशरूम से अधिक निकटता से संबंधित हैं। इसी तरह, इस तरह की तुलना हमें बता सकती है कि बैक्टीरिया के विभिन्न समूह एक दूसरे से कैसे संबंधित हैं।
लेकिन डीएनए अनुक्रमों की तुलना केवल हमें अब तक ले जा सकती है। डीएनए तुलना यह नहीं कहती है कि पृथ्वी के इतिहास में विकासवादी घटनाएं कब हुईं। एक समय में, एक जीव ने दो संतानों को पुन: पेश किया। उनमें से एक ने मशरूम को जन्म दिया, दूसरा मनुष्यों को (और बहुत सारी अन्य प्रजातियां भी)। लेकिन वास्तव में वह जीव कब रहता था? कितने साल पहले? एक बात जियोलॉजी हमें सिखाती है कि 2.4 बिलियन साल पहले पृथ्वी के इतिहास में एक और स्मारकीय घटना का अस्तित्व है। उस समय, पृथ्वी का वातावरण नाटकीय रूप से बदल गया। सायनोबैक्टीरिया नामक बैक्टीरिया के एक समूह ने एक चाल का आविष्कार किया जो जीवन की कहानी को हमेशा के लिए बदल देगा: प्रकाश संश्लेषण।
सूर्य से ऊर्जा की कटाई ने उनकी कोशिकाओं को संचालित किया। लेकिन इसने एक असुविधाजनक अपशिष्ट उत्पाद, ऑक्सीजन गैस भी उत्पन्न की।
लाखों वर्षों के दौरान, वातावरण में ऑक्सीजन धीरे -धीरे जमा हुआ। इस “महान ऑक्सीकरण घटना” से पहले, पृथ्वी में लगभग कोई ऑक्सीजन नहीं थी, इसलिए जीवन इसके लिए तैयार नहीं था। वास्तव में, बिन बुलाए बैक्टीरिया के लिए, ऑक्सीजन एक जहरीली गैस है, और इसलिए वायुमंडल में इसकी रिहाई शायद एक बड़े पैमाने पर विलुप्त होने का कारण बना। जीवित बैक्टीरिया या तो ऑक्सीजन का उपयोग करने के लिए विकसित हुए, या ग्रह की अवकाश में पीछे हट गए जहां यह घुसना नहीं है।
जीवन का जीवाणु पेड़
महान ऑक्सीकरण घटना हमारे लिए विशेष रूप से दिलचस्प है क्योंकि न केवल जीवन के इतिहास में इसके प्रभाव के कारण, बल्कि इसलिए भी कि इसे एक स्पष्ट तिथि दी जा सकती है। हम जानते हैं कि यह लगभग 2.4 बिलियन साल पहले हुआ था – और हम यह भी जानते हैं कि अधिकांश बैक्टीरिया जो ऑक्सीजन के अनुकूल थे, उन्हें इस घटना के बाद रहना था। हमने इस जानकारी का उपयोग जीवन के बैक्टीरिया के पेड़ के लिए तारीखों पर परत करने के लिए किया।
हमने यह अनुमान लगाने के लिए एक कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) मॉडल को प्रशिक्षित करके शुरू किया कि क्या बैक्टीरिया ऑक्सीजन के साथ रहता है या नहीं, उसके पास जीन से नहीं है। कई बैक्टीरिया जो आज हम देखते हैं, वे ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं, जैसे कि सायनोबैक्टीरिया और अन्य जो समुद्र में रहते हैं। लेकिन कई लोग नहीं करते हैं, जैसे कि बैक्टीरिया जो हमारे आंत में रहते हैं।
जहां तक मशीन सीखने के कार्य जाते हैं, यह एक काफी सीधा था। ऑक्सीजन की रासायनिक शक्ति स्पष्ट रूप से एक बैक्टीरिया के जीनोम को बदल देती है क्योंकि एक कोशिका का चयापचय ऑक्सीजन के उपयोग के आसपास व्यवस्थित हो जाता है, और इसलिए डेटा में कई सुराग होते हैं।
हमने तब अपने मशीन लर्निंग मॉडल को लागू किया ताकि यह अनुमान लगाया जा सके कि कौन से बैक्टीरिया अतीत में ऑक्सीजन का उपयोग करते थे। यह संभव था क्योंकि आधुनिक तकनीकें हमें न केवल यह अनुमान लगाने की अनुमति देती हैं कि आज हम जिन प्रजातियों को देखते हैं, वे कैसे संबंधित हैं, बल्कि यह भी कि प्रत्येक पूर्वज को इसके जीनोम में कौन सा जीन करता है।
एक आश्चर्यजनक मोड़
“जीवाश्म” अंशांकन बिंदु के रूप में महान ऑक्सीकरण घटना के ग्रह-व्यापी भूवैज्ञानिक घटना का उपयोग करके, हमारे दृष्टिकोण ने बैक्टीरिया के विकास की एक विस्तृत समयरेखा का उत्पादन किया।
भूविज्ञान, पेलियोन्टोलॉजी, फाइटोलॉनेटिक्स और मशीन लर्निंग से परिणामों को मिलाकर, हम बैक्टीरिया के विकास के समय को काफी अधिक परिष्कृत करने में सक्षम थे।
हमारे परिणामों ने एक आश्चर्यजनक मोड़ का भी खुलासा किया: ऑक्सीजन का उपयोग करने में सक्षम कुछ बैक्टीरियल वंशावली महान ऑक्सीकरण घटना से लगभग 900 मिलियन साल पहले मौजूद थे। इससे पता चलता है कि इन बैक्टीरिया ने ऑक्सीजन का उपयोग करने की क्षमता विकसित की, जब वायुमंडलीय ऑक्सीजन दुर्लभ था।
उल्लेखनीय रूप से, हमारे निष्कर्षों ने संकेत दिया कि सायनोबैक्टीरिया ने वास्तव में प्रकाश संश्लेषण विकसित करने से पहले ऑक्सीजन का उपयोग करने की क्षमता विकसित की।
यह ढांचा न केवल बैक्टीरिया के विकासवादी इतिहास की हमारी समझ को फिर से तैयार करता है, बल्कि यह भी दर्शाता है कि पृथ्वी के बदलते वातावरण के जवाब में जीवन की क्षमताएं कैसे विकसित हुईं।
बेन वुडक्रॉफ्ट, क्वींसलैंड प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और एड्रियन ए डेविन, स्विस फेडरल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ज्यूरिख ब्रिस्बेन/ज्यूरिख
4 अप्रैल, 2025 को प्रकाशित
