नेपल्स की खाड़ी में एक गर्मी की रात में, ढलते चंद्रमा की रोशनी में कीड़ों की भीड़ समुद्री घास से पानी की सतह की ओर तैरने लगी। कुछ ही समय पहले, प्राणियों में भीषण यौन कायांतरण शुरू हुआ: उनके पाचन तंत्र सूख गए, और उनकी तैरने वाली मांसपेशियां बढ़ने लगीं, जबकि उनके शरीर अंडे या शुक्राणु से भर गए। उंगली-लंबाई वाले जीव, जो अब सेक्स कोशिकाओं की मांसपेशियों की थैलियों से कुछ ही अधिक हैं, एक सुर में सतह पर लहराए और, कुछ घंटों में, उन्मत्त विवाह नृत्य में एक-दूसरे की परिक्रमा की। उन्होंने खाड़ी में अनगिनत अंडे और शुक्राणु छोड़े - और फिर चांदनी वाल्ट्ज का अंत कीड़ों की मौत में हुआ।

समुद्री बाल खड़े कीड़ा प्लैटिनेरिस डुमेरिली संभोग का केवल एक ही मौका मिलता है, इसलिए बेहतर होगा कि इसका अंतिम नृत्य एकल न हो। यह सुनिश्चित करने के लिए कि एक ही समय में कई कीड़े एकत्र हों, प्रजाति चंद्रमा के चक्र के साथ अपने प्रजनन समय को सिंक्रनाइज़ करती है।

समुद्र के अंदर का कीड़ा कैसे बता सकता है कि चंद्रमा कब सबसे चमकीला है? इवोल्यूशन का उत्तर एक अणु द्वारा घाव की गई सटीक खगोलीय घड़ी है जो चंद्रमा की किरणों को महसूस कर सकती है और कीड़ों के प्रजनन जीवन को चंद्र चरणों के साथ समन्वयित कर सकती है।

किसी ने कभी नहीं देखा कि इन चांदनी अणुओं में से एक कैसे काम करता है। हालाँकि, हाल ही में एक अध्ययन में प्रकाशित हुआ संचार प्रकृति, जर्मनी में शोधकर्ता विभिन्न संरचनाओं का निर्धारण किया ब्रिसल कीड़ों में से एक ऐसा प्रोटीन अंधेरे और सूरज की रोशनी में लेता है। उन्होंने जैव रासायनिक विवरण भी उजागर किए जो यह समझाने में मदद करते हैं कि प्रोटीन चमकदार सूरज की किरणों और नरम मूंगालो के बीच कैसे अंतर करता है।

यह पहली बार है कि वैज्ञानिकों ने किसी जैविक घड़ी को चंद्रमा के चरणों के साथ समन्वयित करने के लिए जिम्मेदार किसी प्रोटीन की आणविक संरचना निर्धारित की है। बायोकेमिस्ट ने कहा, "मुझे किसी अन्य प्रणाली के बारे में जानकारी नहीं है जिसे इस स्तर की परिष्कार के साथ देखा गया हो।" ब्रायन क्रेन कॉर्नेल विश्वविद्यालय के, जो नए अध्ययन में शामिल नहीं थे।

ऐसी खोजें मनुष्यों सहित कई प्रकार के प्राणियों के शरीर विज्ञान के लिए प्रासंगिक हो सकती हैं। "हमारे पास कोई अन्य उदाहरण नहीं है जहां हम इन तंत्रों को इतने आणविक विस्तार से समझते हैं," उन्होंने कहा ईवा वुल्फ, जर्मनी में मेनज़ के जोहान्स गुटेनबर्ग विश्वविद्यालय में एक बायोकेमिस्ट जो पेपर के सह-लेखकों में से एक हैं। "ये अध्ययन हमें यह जानने में मदद करते हैं कि चांदनी ऑसिलेटर और चंद्रमा के चरणों के साथ सिंक्रनाइज़ेशन कैसे काम कर सकते हैं।"

हालाँकि आज हम भोर की पहली किरण की तुलना में अलार्म घड़ी की आवाज़ से अधिक बार जागते हैं, फिर भी हमारा शरीर सूर्य के साथ समय बिताता है। मनुष्यों में, कई अन्य जानवरों की तरह, सर्कैडियन घड़ियाँ कहलाने वाली परिष्कृत जैविक घड़ियाँ शरीर की लय को दिन के उजाले और रात के समय के साथ समन्वयित करती हैं। क्रिप्टोक्रोम प्रोटीन कई जीवों की सर्कैडियन घड़ियों का महत्वपूर्ण हिस्सा हैं, या तो पौधों की तरह प्रकाश को महसूस करते हैं, या मनुष्यों की तरह अन्य प्रोटीनों के साथ समन्वय करते हैं।

यद्यपि चंद्रमा सूर्य की तुलना में सैकड़ों-हजारों गुना अधिक धुंधला है, फिर भी चंद्रमा नियमित समय पर पृथ्वी को प्रकाशित करता है। एक पूर्ण चक्र, अमावस्या से पूर्णिमा तक और फिर वापसी तक, 29.5 दिनों तक चलता है। कई जीव, विशेष रूप से विभिन्न प्रकार के समुद्री जीवन, इस चंद्र कैलेंडर का उपयोग एक विश्वसनीय घड़ी के रूप में करते हैं। मूंगे, मसल्स, समुद्री कीड़े और यहां तक ​​कि कुछ मछलियाँ अपनी प्रजनन गतिविधि का समय चंद्रमा के चरणों के साथ मेल खाने के लिए जानी जाती हैं।

अपनी गोलाकार घड़ियों को समन्वित करने के लिए, जीवों को किसी तरह चांदनी को महसूस करना होगा और इसे सूर्य के प्रकाश से अलग करना होगा, जो मूलतः एक ही प्रकार का प्रकाश है, केवल कहीं अधिक तीव्र है। वास्तव में कोशिकाएं चंद्र कैलेंडर को कैसे बनाए रखती हैं - न केवल सूर्य के प्रकाश से चांदनी को, बल्कि अमावस्या से पूर्णिमा को भी पहचानना - अभी भी काफी हद तक रहस्यमय है।

हाल ही में, वैज्ञानिकों ने आश्चर्य करना शुरू कर दिया है कि क्या क्रिप्टोक्रोम चंद्र घड़ियों में शामिल हो सकते हैं, क्योंकि वे सर्कैडियन लय में हैं। 2007 में वैज्ञानिकों ने पाया कुछ मूंगों में संकेत, जिसने प्रकाश के तहत क्रिप्टोक्रोम प्रोटीन को अधिक सक्रिय रूप से व्यक्त किया।

कुछ साल पहले, वुल्फ क्रोनोबायोलॉजिस्ट के साथ जुड़ गया क्रिस्टिन टेस्मार-रायबल वियना विश्वविद्यालय की मैक्स पेरुट्ज़ लैब्स का विकास होगा P. डुमेरिली, चूँकि यह अपने पुनरुत्पादन को चंद्रमा के चरणों के साथ समन्वयित करता है। उन्होंने साबित किया कि एल-क्राई नामक प्रकाश-संवेदन क्रिप्टोक्रोम कृमि की चंद्र घड़ी का एक महत्वपूर्ण टुकड़ा है। उनकी टीम का काम, 2022 में प्रकाशित, दिखाया कि प्रोटीन अंधेरे को सूरज की रोशनी, साथ ही चांदनी से अलग कर सकता है।

हालाँकि, यह स्पष्ट नहीं था कि प्रोटीन कैसे काम करता है। वास्तव में, एक भी जीव की चक्राकार घड़ी को जैव रासायनिक स्तर पर नहीं समझा गया था।

वुल्फ ने कहा, "इसे काफी नजरअंदाज किया गया है।" “उस मामूली चांदनी संकेत को गंभीरता से नहीं लिया गया है। यह हमेशा सूर्य बनाम अंधकार था।''

यह जानने के लिए कि एल-क्राई कैसे काम करता है, शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि प्रकाश के संपर्क में आने पर इसकी संरचना कैसे बदल गई। वुल्फ ने वर्म एल-क्राई प्रोटीन को कोलोन विश्वविद्यालय भेजा ताकि उनकी छवि बनाई जा सके एल्मर बेहरमनकी संरचनात्मक जैव रसायन प्रयोगशाला, जो संवेदनशील, अल्पकालिक प्रोटीन में विशेषज्ञता रखती है। लेकिन बेहरमन की अनुभवी टीम ने एल-क्राई को इतना अच्छा व्यवहार करने के लिए वर्षों तक संघर्ष किया कि उनकी क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप द्वारा छवि ली जा सके।

उस समय उन्हें इसका पता नहीं था, लेकिन प्रकाश नमूनों में घुस रहा था। बेहरमन ने कहा, "शायद डेढ़ साल तक, जब हमने सोचा कि हम अंधेरे में काम कर रहे हैं, हम उतने अंधेरे नहीं थे।" दरवाजे की हर दरार को ढकने और एलईडी को काले सिलिकॉन टेप से चमकाने के बाद आखिरकार उन्हें एक स्पष्ट तस्वीर मिल गई।

अंधेरे में, पी. डुमेरिलिएल-क्राई प्रोटीन बाउंड जोड़े के रूप में विकसित होते हैं जिन्हें डिमर्स कहा जाता है। जब वे तेज़ धूप की चपेट में आते हैं, तो डिमर फिर से दो मोनोमर्स में टूट जाते हैं।

क्रेन ने कहा, यह इसके विपरीत है कि कैसे प्रकाश-संवेदी क्रिप्टोक्रोम पौधों में अंधेरे से सूरज की रोशनी को बताते हैं। पौधे क्रिप्टोक्रोम सूरज की रोशनी में समूहबद्ध हो जाते हैं और अंधेरे में टूट जाते हैं।

इन प्रयोगों में एल-क्राई के चांदनी रूप को सीधे तौर पर कैद नहीं किया गया था, लेकिन मंद संरचनाओं की नई समझ से पता चलता है कि एल-क्राई चांदनी को सूरज की रोशनी से कैसे अलग करती है। प्रोटीन का चांदनी रूप केवल अंधेरे डिमर से बनाया जा सकता है - मुक्त-तैरते सूरज की रोशनी से नहीं। इससे यह समझाने में मदद मिलती है कि कैसे कीड़े सुबह और शाम की मंद रोशनी को चांदनी समझने से बचते हैं।

हालाँकि यह अध्ययन एक जानवर में सिर्फ एक प्रोटीन पर केंद्रित है, लेकिन यह सोचने का कारण है कि यह चंद्र समय तंत्र एक विकासवादी कहानी का हिस्सा है जो ब्रिसल कृमि के दुखद चांदनी रोमांस से परे है। क्रेन ने कहा, "यह बहुत संभव है कि अन्य प्रकार के क्रिप्टोक्रोम भी इस प्रकार के तंत्र का उपयोग करते हैं।"

अन्य जानवरों में मासिक प्रजनन चक्र होता है, हालांकि जरूरी नहीं कि वे सीधे चंद्रमा से जुड़े हों। उदाहरण के लिए, हम मनुष्यों के पास एक चक्र होता है जो चंद्र चक्र के समान लंबाई का होता है, टेस्मार-रायबल ने कहा। "मासिक धर्म चक्र, परिभाषा के अनुसार, एक मासिक थरथरानवाला है।"

मानव मासिक धर्म चक्र को सिंक्रनाइज़ करने में चंद्रमा के चरणों की कोई भी संभावित भूमिका है अत्यधिक विवादास्पद. फिर भी, मासिक धर्म, महीने और चंद्रमा व्युत्पत्ति संबंधी जड़ों से अधिक साझा हो सकते हैं। टेस्मार-रायबल ने कहा कि चंद्र चरणों के साथ तालमेल बिठाने वाले ब्रिसल वर्म हार्मोन मनुष्यों में करीबी रिश्तेदार होते हैं। "मुझे नहीं लगता कि यह कहना बहुत दूर की बात है कि कीड़े मनुष्यों में मासिक प्रजनन समय को समझने का मार्ग प्रशस्त कर सकते हैं।" शायद हमारी आधुनिक 28-दिवसीय लय विकासवादी अवशेष हैं, जो पुराने सेलुलर क्लॉकवर्क के टुकड़ों से मिलकर बनी हैं, जो कि कुछ उथले प्राइमर्डियल समुद्र में, एक बार समुद्री कीड़ों को चंद्रमा के चक्र के अनुसार समय रखने में मदद करती थीं।

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