दो साल पहले, एक असामान्य फोटो शूट की तैयारी के लिए, वैज्ञानिकों की एक टीम ने हजारों फल मक्खियों से पंख तोड़ लिए और कांच की प्लेटों के बीच इंद्रधनुषी ऊतक के प्रत्येक परत को दबाया। जितनी बार नहीं, पंख फट गया या मुड़ा हुआ, या एक हवा की जेब या धूल का गलत टुकड़ा इसके साथ फंस गया, जिससे नमूना खराब हो गया। फ्लाई विंग्स "सारण रैप की तरह नहीं हैं," कहा माधव मणि, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी में एक लागू गणितज्ञ और इंजीनियर जिन्होंने परियोजना का नेतृत्व किया। वे नाजुक हैं, उन्होंने कहा, "सोने की पत्ती की पन्नी की तरह।"

जब तक वे लगभग 2,000 जोड़े पूरी तरह से माउंट नहीं कर लेते, तब तक वैज्ञानिकों ने उच्च रिज़ॉल्यूशन में पंखों की तस्वीरें खींचीं और 30,000 स्थानों पर तस्वीरों की व्यवस्थित रूप से तुलना की।

यह केवल टैक्सोनॉमी में अभ्यास नहीं था। बल्कि, अध्ययन, जो हाल ही में जर्नल में प्रकाशित हुआ था eLife, ने एक प्रजाति के भीतर मौजूद विविधता पर एक असाधारण विस्तृत रूप की पेशकश की है। परिणाम जीव विज्ञान में लंबे समय से चले आ रहे तनाव को हल करने लगते हैं।

एक ओर, व्यक्तियों के जीनों और विविध वातावरणों में नाटकीय परिवर्तन के बावजूद, जिसमें वे विकसित होते हैं, एक प्रजाति के सदस्य आश्चर्यजनक रूप से समान जीवों में विकसित होते हैं। यह मजबूती सुनिश्चित करती है कि लगभग सभी व्यक्ति कार्यात्मक हैं। दूसरी ओर, विकास होने के लिए, एक प्रजाति के सदस्यों को विविध लक्षणों की आवश्यकता होती है, जिन पर प्राकृतिक चयन कार्य कर सकता है। वे दो ताकतें - मजबूती और विकासशीलता - विपरीत दिशाओं में खींची जाती हैं। कोई कम भिन्नता चाहता है, और कोई अधिक चाहता है।

संतुलन कैसे मारा जाता है?

लगभग 20 साल पहले, जीवविज्ञानी उम्मीद करते थे कि आनुवंशिकी और पर्यावरणीय कारक पर्याप्त विविधता पैदा करेंगे, जिससे प्राकृतिक चयन को भरपूर विकल्प मिलेगा, ने कहा एलेक्स लैंकेस्टर, न्यू जर्सी में रोनिन इंस्टीट्यूट में एक विकासवादी जीवविज्ञानी जो नए अध्ययन में शामिल नहीं थे। लेकिन, उन्होंने कहा, हाल की टिप्पणियों ने आबादी में अप्रत्याशित समानता की पुष्टि की है।

सह-लेखक के साथ रात के खाने पर रिचर्ड कार्थेव कुछ साल पहले, मणि ने यह तय करने के बारे में सोचना शुरू किया कि व्यक्ति शारीरिक रूप से कितना और किन तरीकों से भिन्न हो सकते हैं। दूसरे शब्दों में, भ्रूण और प्रसवोत्तर विकास की बाधाओं के भीतर कौन से विकल्प मौजूद हैं? बढ़ते जीव के लिए, "मेनू में क्या है?" मणि ने सोचा। "लोग यह कहना पसंद करते हैं कि विज्ञान किसी प्रकार की विधि है, लेकिन इसकी शुरुआत उस बचकाने, हरे-भरे सवाल से हुई।"

पहले के अध्ययन एक जीव पर तुलना के कुछ बिंदुओं पर निर्भर थे, लेकिन मणि, कार्थ्यू और उनके सह-लेखक वासिल अल्बा और जेम्स कार्थ्यू (रिचर्ड कार्थ्यू के बेटे और उनकी प्रयोगशाला के एक सदस्य) अधिक गहन जानकारी चाहते थे। वे जानते थे कि, जीनोम अनुक्रमण करते समय, एल्गोरिदम तुलना के लिए आनुवंशिक कोड के वर्गों को पंक्तिबद्ध करते हैं। उसी तरह, वैज्ञानिकों ने आम के पंखों को संरेखित करने का निर्णय लिया ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर फल मक्खियां।

उनकी हज़ारों पंखों वाली तस्वीरें हल्की पृष्ठभूमि से बाहर खड़ी गहरी नसों वाली रेखा रेखाचित्रों से मिलती-जुलती हैं। एक कंप्यूटर प्रोग्राम ने इन छवियों को मानकीकृत किया, प्रत्येक को एक सर्कल में फिट किया, जबकि नसों के कोण जैसी सुविधाओं को संरक्षित किया, और हजारों चित्रों को एक दूसरे के ऊपर डिजिटल रूप से ढेर कर दिया। इसने शोधकर्ताओं को तुलना के लगभग 30,000 अंक दिए - उस स्टैक्ड छवि में प्रत्येक पिक्सेल - कुछ दर्जन कच्चे स्थलों के बजाय। "यह अधिक व्यापक है," लैंकेस्टर ने कहा। "यह उन विशेषताओं को पकड़ता है जिन्हें सामान्य रूप से पकड़ा नहीं जाएगा।"

इस समृद्ध डेटा से अप्रत्याशित सादगी सामने आई। वैज्ञानिकों ने पंखों के लिए संभावित दिखावे की एक संकीर्ण सीमा देखी, जो ज्यादातर विशेषताओं के एक छोटे से सेट में बदल गई थी। भिन्नता पंख के काज के पास केंद्रित थी और कुछ विशेष स्थानों में दिखाई देती थी, जैसे कि सबसे आगे की नस का आकार। इसके अलावा, ये परिवर्तनशील लक्षण जुड़े हुए थे: जब एक पंख पर लक्षणों में से एक औसत से बहुत दूर था, तो अन्य लक्षण आमतौर पर भी थे। यह सच था, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि कौन से अनुवांशिक या पर्यावरणीय संशोधनों ने अनुभव किया है, जिसका अर्थ यह है कि इन कारकों का व्यक्तिगत रूप से बहुत सीमित प्रभाव पड़ता है।

रिचर्ड कार्थ्यू ने अनुमान लगाया था कि मक्खियों की विकास संबंधी जटिलता उनके भौतिक रूपों में अधिक होगी। उन्होंने कहा कि विविधता को मेनू विकल्पों की एक छोटी सूची में फ़नल किया गया था, "काफी अद्भुत बात है," उन्होंने कहा। जैसे-जैसे मक्खियाँ वयस्कों में बढ़ती हैं, उनके पास "मतभेदों को ठीक करने और एक बहुत ही मजबूत अंतिम रूप बनाने की जादुई क्षमता होती है।"

मक्खी के पंखों की तस्वीरों ने उन तंत्रों के बारे में कोई सुराग नहीं दिया जो संभावित आकारिकी को विकसित कर सकते हैं जो विकसित हो सकते हैं। बल्कि, परिणामों ने इन रेलिंगों की व्यापक शक्ति की पुष्टि की। प्राकृतिक चयन को ज्यादातर लिंक्ड, परिवर्तनशील लक्षणों की छोटी संख्या में प्रदर्शित महत्वपूर्ण विविधता पर कार्य करना चाहिए, जबकि मजबूती बाकी को मजबूती से बाधित करती है।

कुछ वैज्ञानिकों के लिए, सादगी आश्चर्यजनक नहीं है। लुइसा पल्लारेस, प्रिंसटन विश्वविद्यालय में एक पारिस्थितिक विज्ञानी और विकासवादी जीवविज्ञानी, मजबूती के आसपास जैविक सिद्धांत के आधार पर भिन्नता पर प्रतिबंध की उम्मीद करते हैं। अर्थात्, किसी प्रजाति के सदस्यों के समान दिखने के लिए, उनकी भिन्नता को गंभीर रूप से प्रतिबंधित किया जाना चाहिए। लेकिन यह अध्ययन एक "सुंदर" मात्रा का ठहराव प्रदान करता है, उसने कहा। अब वैज्ञानिक अंततः सिद्धांत को और अधिक स्पष्ट रूप से कार्य करते हुए देख सकते हैं।

अल्बा नॉर्थवेस्टर्न में एक जीवविज्ञानी हैं, लेकिन उन्होंने भौतिकी में प्रशिक्षण लिया और उन मार्गदर्शक सिद्धांतों के लिए तैयार थे जो भौतिक दुनिया की इतनी भविष्यवाणी करते हैं। "जीव विज्ञान में, हमारे पास वे नहीं हैं," उन्होंने कहा। "मैं हमेशा उत्सुक था कि क्या जीव विज्ञान के लिए कुछ सिद्धांतों का निर्माण करना संभव है जो जीव विज्ञान में सभी या कई घटनाओं की व्याख्या करेंगे, या कम से कम हमारी समझ को सरल बना सकते हैं।"

यह देखने के लिए कि क्या प्रतिबंधित भिन्नता अल्बा और उनके सहयोगियों ने आम तौर पर जानवरों में देखी है, उनके मात्रात्मक दृष्टिकोण के साथ अधिक प्रजातियों का विश्लेषण करने की आवश्यकता होगी। कार्थ्यू को उम्मीद है कि जीवाश्म विज्ञानी इसे जीवाश्म दांतों या हड्डियों पर आजमाएंगे, और पल्लारेस यह देखने के लिए उत्सुक हैं कि यह त्रि-आयामी संरचनाओं पर कैसे काम करता है। भविष्य में, जीन और भौतिक रूप के बीच संबंधों को समझने से बीमारियों के कामकाज को जानने में मदद मिल सकती है, ने कहा माइकलिस बरकौलास इंपीरियल कॉलेज लंदन के।

फिलहाल, नॉर्थवेस्टर्न टीम एक अन्य अध्ययन पर काम कर रही है, जो अभी भी हजारों फलों के उड़ने वाले पंखों की जांच करता है। में भिन्नता की पहचान करने के लिए उनके मात्रात्मक दृष्टिकोण का उपयोग करने के बाद ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर विंग आकारिकी, वे इस बारे में सोच रहे हैं कि नई, निकट से संबंधित प्रजातियों को बनाने के लिए प्राकृतिक चयन ने उनकी विविधता पर कैसे कार्य किया होगा। उन्होंने सोचा कि क्या उनका दृष्टिकोण इन अगली प्रजातियों के प्रकट होने की भविष्यवाणी कर सकता है ड्रोसोफिला. "तांत्रिक रूप से, ऐसा लगता है कि हम हाँ कहने की कगार पर हैं," मणि ने कहा। "हम आस-पास की प्रजातियों की भविष्यवाणी करने में सक्षम हो सकते हैं।"

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