तो यह कुछ स्पष्ट स्तर से नीचे चल रहा है, है ना? यदि आप किसी व्यक्ति या जनसंख्या को देख रहे हैं तो जरूरी नहीं कि आप इस पर ध्यान दें, लेकिन यदि आप पीढ़ी दर पीढ़ी देखते हैं तो आप इसे नोटिस कर सकते हैं।

हाँ। इस मजबूती को समझने के लिए आपको सतह के नीचे देखने की आवश्यकता है। हमने और अन्य लोगों ने इसे अब कई अलग-अलग प्रणालियों में खोजा है। ऐसा लगता है कि यह काफी सामान्य बात है जो संगठन के कई स्तरों पर लागू होती है। मैं उन सिद्धांतों से आकर्षित हूं जो केवल एक जीव या एक प्रकार की प्रणाली पर लागू नहीं होते हैं बल्कि संगठन के कई अलग-अलग स्तरों पर काम कर सकते हैं। और यह एक उम्मीदवार है.

जब आपने पहली बार ज्यूरिख विश्वविद्यालय में अपनी प्रयोगशाला स्थापित की, तो इन विचारों की खोज जारी रखने के लिए आपने क्या किया?

यह हमारे पहले प्रयोगों में से एक है: किसी ने यह खोज लिया था कि जीवाणु कब है Escherichia कोलाई मानव आंत्र पथ में प्रवेश करता है, पर्यावरण में ऑक्सीजन होता है। लेकिन जैसे-जैसे यह आंत में गहराई तक जाता है, पर्यावरण में ऑक्सीजन की कमी होने लगती है। ई. कोलाई ऑक्सीजन है या नहीं, इसके आधार पर विभिन्न जीनों को व्यक्त करने की आवश्यकता होती है।

यह पता चला है ई. कोलाई इस प्रत्याशित प्रतिक्रिया को विकसित किया है, जहां जैसे ही यह जठरांत्र पथ में प्रवेश करता है, यह एनोक्सिक क्षेत्र में पहुंचने से पहले आवश्यक जीन को चालू करना शुरू कर देता है। इसकी दूरदर्शिता हजारों-लाखों बार आंतों के मार्ग से गुजरने के कारण विकसित हुई होगी: जब यह गर्म हो जाता है या पीएच गिर जाता है, या जो भी हो, तो इसे इन जीनों को चालू करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि जल्द ही यह खत्म हो जाएगा। ऑक्सीजन का.

हम यह जानना चाहते थे कि क्या आप प्रयोगशाला में ऐसा कुछ विकसित कर सकते हैं। इसलिए हमने विभिन्न तनावपूर्ण वातावरणों के बीच खमीर का चक्रण किया। एक बार जब यीस्ट कई बार चक्र से गुज़रता है, तो क्या वे ऑक्सीडेटिव तनाव आने से पहले [बहुत अधिक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन से] ऑक्सीडेटिव तनाव से निपटने के लिए जीन को चालू करना शुरू कर देंगे? हमें कुछ सबूत मिले जो उन्होंने किये थे।

यह उस प्रकार का प्रयोग था जिस पर मैं काम करना पसंद करता हूं जो सिद्धांत रूप में बहुत सरल है और यह एक मौलिक विचार के बारे में है - इस मामले में, क्या बहुत ही सरल जीव भी भविष्य का अनुमान लगा सकते हैं?

क्या आप कहेंगे कि आपकी पहली पुस्तक के विचार, योग्यतम का आगमन (पेंगुइन रैंडम हाउस, 2015) आप प्रयोगशाला में क्या कर रहे थे उससे लिया गया था?

इन प्रयोगों से निश्चित रूप से मुझे किताब में लिखी कुछ बातें पता चलीं। लेकिन वास्तव में ये प्रयोग नहीं थे जिन्होंने किताब को आगे बढ़ाया। यह वास्तव में मौलिक विचार था कि हम विकास को जीनोटाइप के स्थान की खोज के रूप में सोच सकते हैं। हम यह समझकर कि अंतरिक्ष कैसे व्यवस्थित है, जीवों की अनुकूलन क्षमता का अध्ययन कर सकते हैं। क्या उस स्थान के एक कोने में सभी जीनोटाइप एक ही फेनोटाइप के साथ हैं? या क्या वे अंतरिक्ष में बिखरे हुए हैं? मैंने सोचा कि यह एक महत्वपूर्ण विचार था, और किसी ने इसके बारे में नहीं लिखा था।

तो विचार यह है कि जीन के विभिन्न संस्करण जीवों की विकासवादी फिटनेस को प्रभावित कर सकते हैं, और इसे एक के संदर्भ में दर्शाया जा सकता है फिटनेस परिदृश्य. क्या आप कृपया बता सकते हैं कि फिटनेस परिदृश्य क्या है?

A फिटनेस परिदृश्य एक भौतिक परिदृश्य का एक एनालॉग है जहां प्रत्येक स्थान एक जीनोटाइप से मेल खाता है - एक डीएनए अनुक्रम, शायद केवल एक जीन के लिए। और उस स्थान पर ऊंचाई गुणवत्ता के कुछ माप से मेल खाती है - उदाहरण के लिए, फिटनेस या किसी प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करने या जीव के लिए कुछ और महत्वपूर्ण करने के लिए एंजाइम की क्षमता।

यह विकासवादी जीव विज्ञान में एक मूलभूत अवधारणा है। लेकिन लगभग 80 वर्षों तक उस क्षेत्र में केवल सिद्धांत ही था। ये परिदृश्य कैसे दिख सकते हैं, इसके बारे में हजारों पेपर प्रकाशित हुए हैं, लेकिन उस क्षेत्र में बहुत कम प्रयोगात्मक कार्य हुआ है।

2000 के दशक की शुरुआत में इसमें थोड़ा बदलाव आना शुरू हुआ। लोगों ने जीनोटाइप का संग्रह बनाना शुरू किया और उनके फेनोटाइप का अध्ययन किया। इन पहले परिदृश्यों में केवल 20 से 40 या इतने ही जीनोटाइप शामिल थे। हमारे जीनोम में मौजूद जीनोटाइप की इन खगोलीय संख्याओं की तुलना में छोटी है। और यह दिलचस्प था, लेकिन मुझे लगा कि हम शायद बेहतर कर सकते हैं - कि हम कई और बड़े परिदृश्य बना सकते हैं और उनका अध्ययन कर सकते हैं, और शायद बड़े सवाल का समाधान कर सकते हैं: विकसित होती आबादी ऐसे परिदृश्य में सबसे ऊंची चोटियों को कैसे ढूंढती है और कैसे सबसे अच्छी तरह से अनुकूलित हो जाती है विशेष वातावरण?

यह एक कठिन प्रश्न क्यों है?

यदि कोई परिदृश्य समतल है, जिसे माउंट फ़ूजी परिदृश्य कहा जाता है, तो वहां एक ही शिखर होता है, और उस शिखर तक जाने वाली सभी ढलानें बिल्कुल चिकनी होती हैं। एक विकसित होती आबादी में, चयन हमेशा उस आबादी को ऊपर की ओर ले जाएगा। यह उस उच्चतम शिखर को आसानी से पा सकता है।

हालाँकि, यदि कोई भूदृश्य ऊबड़-खाबड़ है और उसमें कई चोटियाँ हैं, तो आपको एक समस्या है। शायद इनमें से अधिकांश चोटियाँ नीची हैं और कम फिटनेस वाले जीनोटाइप के अनुरूप हैं जो अपने पर्यावरण के लिए खराब रूप से अनुकूलित हैं। क्योंकि प्राकृतिक चयन केवल जनसंख्या को बढ़ी हुई फिटनेस की ओर ले जाएगा, एक बार जब आप जनसंख्या के रूप में निम्न शिखर पर फंस जाते हैं, तो आप आगे नहीं जा सकते। आप जिस चोटी पर हैं और अगली ऊंची चोटी के बीच की घाटी को पार नहीं कर सकते। कुछ तंत्र ऐसा कर सकते हैं, लेकिन वे केवल बहुत बड़ी आबादी या बहुत, बहुत उच्च उत्परिवर्तन दर वाली आबादी पर ही लागू होते हैं।

सैद्धांतिक परिदृश्य विश्लेषण पर सैकड़ों या हजारों पत्रों में, उस समस्या को शुरुआत में ही पहचान लिया गया था। लोग चिंतित थे कि वास्तविक परिदृश्य अत्यधिक ऊबड़-खाबड़ हो सकते हैं। यदि ऐसा है, तो विकास कभी भी सर्वोत्तम-अनुकूलित जीव नहीं खोज सका। शायद वहाँ जीवन की सारी विविधता जितनी हो सकती थी उससे बहुत कम अनुकूलित है। तो यह वास्तव में एक महत्वपूर्ण समस्या बन गई।

मुझे वास्तव में इस समस्या में दिलचस्पी तब हुई जब यह स्पष्ट हो गया कि CRISPR-Cas का उपयोग करके इसका अध्ययन करने के लिए हजारों जीनोटाइप उत्पन्न करना संभव होगा। इस प्रश्न की जांच के लिए हमारे पास कुछ आगामी कार्य हैं, लेकिन यह अभी भी पत्रिकाओं में विचाराधीन है, इसलिए मैं विवरण में नहीं जा सकता।

मुझे अपनी नई किताब में काम के बारे में बताएं।

कला और विज्ञान दोनों में एक अच्छी तरह से अध्ययन की गई घटना है कि कई अत्यधिक रचनात्मक लोग अपने जीवनकाल के दौरान बहुत निराशा और सफलता की कमी का अनुभव करते हैं, लेकिन बाद में बहुत प्रसिद्ध हो जाते हैं। इसके लिए एक शब्द भी है जिसका उपयोग उन वैज्ञानिक प्रकाशनों का वर्णन करने के लिए किया जाता है जिन्हें पहली बार सामने आने पर पहचाना नहीं जाता है: उन्हें "स्लीपिंग ब्यूटीज़" कहा जाता है।

अब, मैं विकासवाद का अध्ययन करता हूं, और विकासवाद में कुछ हद तक समान पैटर्न है। ऐसे कई जीवन रूप रहे हैं जो अपनी उत्पत्ति के समय किसी भी मानक से बहुत सफल नहीं थे। उन्होंने सैकड़ों प्रजातियों में विकिरण नहीं किया, और उन्होंने ग्रह की सतह के बड़े क्षेत्रों को कवर नहीं किया। लेकिन काफी देर तक इंतजार किया और वे बहुत सफल हो गए।

इसका सबसे अच्छा उदाहरण घास है। आज, घास ग्रह पर जीवों के सबसे सफल परिवारों में से एक है। वे अधिकांश महाद्वीपों पर बड़ी मात्रा में क्षेत्र को कवर करते हैं और लगभग 10,000 बहुत अलग प्रजातियों के साथ भारी विविधता विकसित की है। इनका आकार अंटार्कटिक घास के छोटे-छोटे गुच्छों से लेकर एशिया में विशाल बांस के जंगलों तक है। घासें पुरानी हैं. हमें 65 मिलियन वर्ष पहले के जीवाश्म डायनासोर के गोबर में घास पराग मिलता है। लेकिन जो काफी उल्लेखनीय है वह यह है कि जब घास की उत्पत्ति हुई और उसके बाद कई लाखों वर्षों तक, वे जीवमंडल के हाशिये पर ही अपना जीवन यापन कर रहे थे। इसे बदलने के लिए, उन्हें सूर्य में अपनी जगह पाने के लिए वस्तुतः 40 मिलियन वर्षों तक प्रतीक्षा करनी पड़ी।

हम बहुत से जीवों में समान पैटर्न देखते हैं। स्तनधारियों की उत्पत्ति उनके सफल होने से 100 मिलियन वर्ष से भी अधिक पहले हुई थी। विकास ने विभिन्न स्तनधारी जीवन रूपों और जीवन के तरीकों के साथ प्रयोग किया, जैसे चमगादड़ की तरह उड़ना या ऊदबिलाव की तरह पानी में रहना, या पेड़ों पर रहना, इत्यादि। इनमें से बहुत सारे उत्पन्न हुए और फिर विलुप्त हो गए। वे इतने असफल थे कि उन्हें वास्तव में विकासवाद द्वारा पुनः आविष्कार करना पड़ा। स्तनधारियों के वास्तव में सफल होने से पहले कुछ स्तनधारी वंशों में ऐसा कई बार हुआ था।

हम मधुमक्खियों और अन्य कीड़ों में समान घटनाएँ देखते हैं। बहुत सारे अलग-अलग जीवन रूप शुरुआत में बहुत सफल नहीं थे और फिर सफल हो गए।

मुझे उन सिद्धांतों में बहुत दिलचस्पी है जो सार्वभौमिक रूप से संपूर्ण जीवन पर लागू होते हैं, चाहे वह मानव जीवन हो या 4 अरब साल पहले उत्पन्न हुई कोई चीज़। वह पुस्तक लिखने के लिए मूल प्रेरणा थी। पुस्तक वास्तव में इन सभी सुप्त नवाचारों के बारे में है।

ऐसा महसूस होता है कि इस तरह के विलंबित बदलाव और आपके द्वारा पहले किए जा रहे प्रयोगों के बीच कुछ संबंध है।

जब हमें प्रयोगशाला में इस प्रकार की घटना मिली तो मेरी इसमें रुचि हो गई। हमने लिया ई. कोलाई और उन्हें ऐसे वातावरण में उजागर किया जिसमें एम्पीसिलीन नामक एंटीबायोटिक की मात्रा बहुत अधिक होती है। उनमें से अधिकांश उस एंटीबायोटिक की उपस्थिति में मर जायेंगे। लेकिन बैक्टीरिया बहुत तेजी से एंटीबायोटिक प्रतिरोध विकसित करते हैं, इसलिए कुछ ही हफ्तों में, उन्हें इसकी उच्च खुराक से बचने में कोई समस्या नहीं होती है।

हम अन्य लक्षणों में रुचि रखते थे जो इन जीवाणुओं ने उस विकासवादी प्रक्रिया के उपोत्पाद के रूप में हासिल किए थे। यह पता लगाने के लिए कि वे क्या हो सकते हैं, हमने बैक्टीरिया को सैकड़ों अन्य विषाक्त वातावरणों में उजागर किया जिसमें अन्य एंटीबायोटिक्स या भारी धातु या सॉल्वैंट्स जैसे विषाक्त पदार्थ शामिल थे। हम पिछले काम से जानते थे कि इनमें से कई वातावरणों में बैक्टीरिया जीवित नहीं रह पाते या बहुत खराब तरीके से जीवित रह पाते हैं।

समझने वाली महत्वपूर्ण बात यह है कि हमारे प्रयोगों से पहले इन जीवाणुओं को इनमें से किसी भी वातावरण का सामना नहीं करना पड़ा था। लेकिन हमने पाया कि इनमें से 20 या उससे अधिक वातावरणों में, बैक्टीरिया बहुत अच्छी तरह से जीवित रह सकते हैं। यह उल्लेखनीय था कि एक चीज़ के विकास के उपोत्पाद के रूप में आपको पूरी तरह से कुछ और ही मिलता है। और केवल एक चीज नहीं, बल्कि कई व्यवहार्यता लक्षण।

आप भविष्य में इस विचार से संबंधित क्या करने की उम्मीद कर रहे हैं?

अभी-अभी एक समुद्री सूक्ष्म जीवविज्ञानी ने मुझसे संपर्क किया है जो प्लास्टिक के साथ प्रयोगशाला में इसी प्रकार का प्रयोग करना चाहता है। वह उन कुछ लोगों में से एक हैं जिन्होंने ग्रेट पैसिफ़िक गारबेज पैच की खोज की है और इसका नमूना लिया है प्लास्टिक पर माइक्रोबियल कॉलोनियां. वह इस बात में रुचि रखती है कि प्लास्टिक पर पनपने वाले बैक्टीरिया कैसे उपोत्पाद के रूप में अन्य क्षमताएं विकसित कर सकते हैं। हमारे पास संबंधित विषय पर एक पेपर था प्रकृति 2012 में। हमने सैद्धांतिक रूप से दिखाया कि जो बैक्टीरिया पोषक तत्वों के एक स्रोत पर जीवित रह सकते हैं, वे अक्सर दर्जनों अन्य स्रोतों पर भी जीवित रह सकते हैं, जिनका उन्होंने जंगल में कभी सामना नहीं किया है।

वहां से कई अलग-अलग नई शोध दिशाएं सामने आ सकती हैं। मैं उम्मीद कर रहा हूं कि जीव विज्ञान के लोग जीवों की इस क्षमता को विकसित करने की क्षमता पर अधिक ध्यान देना शुरू कर देंगे, जिसे मैं अव्यक्त लक्षण कहता हूं।

जब हम किसी जीव में विकसित किसी गुण को देखते हैं, तो हम सोचते हैं कि यह प्राकृतिक चयन का उत्पाद है, है ना? किसी समय, यह संपत्ति जीव के अस्तित्व के लिए उपयोगी थी, और इसीलिए हम इसे आज देखते हैं। लेकिन जैसा कि इस प्रकार के प्रयोगों से पता चलता है, जरूरी नहीं कि ऐसा बिल्कुल भी हो।

यह किसी बिल्कुल अलग चीज़ के लिए चयन हो सकता था।

बिल्कुल। यह सिर्फ एक उपोत्पाद हो सकता है। और इसलिए हमेशा अनुकूलनवादी या चयनवादी दृष्टिकोण अपनाना संभवतः समझदारी नहीं है। ऐसे बहुत से लक्षण हो सकते हैं जो बिना किसी अच्छे कारण के मौजूद हों।

हम जंगल से भी उदाहरण जानते हैं। वहाँ भूमिगत गुफाएँ हैं जो लाखों वर्षों से बाहरी दुनिया से पूरी तरह से बंद हैं। और जब लोग उन गुफाओं में गए और उन जीवाणुओं का नमूना लिया जो कभी मानव सभ्यता के संपर्क में नहीं थे, तो उन्होंने पाया कि ये जीवाणु कई एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोधी थे। और इनमें से कुछ एंटीबायोटिक्स प्राकृतिक अणु नहीं हैं - वे ऐसे अणु हैं जो केवल प्रयोगशाला में होते हैं।

ऐसा प्रतीत हो सकता है कि ये जीवाणु दिव्यदर्शी हैं, क्या आप जानते हैं? जैसा कि उन्होंने अनुमान लगाया था कि मानवता आने पर किसी बिंदु पर उन्हें एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोधी होने की आवश्यकता होगी, है ना? लेकिन इसकी एक बहुत ही सामान्य व्याख्या है जो इन अव्यक्त प्रकार के लक्षणों से संबंधित है जिन्हें हमने प्रयोगशाला में प्रयोगों में पहचाना है। तो ये लक्षण वास्तव में प्रकृति में मौजूद हैं। वे केवल प्रयोगों की कलाकृतियाँ नहीं हैं।