शोधकर्ता एकल-कोशिका वाले जीवों की गति का अनुकरण करते हैं

टीयू वियन (वियना) की एक शोध टीम ने मस्तिष्क या तंत्रिका तंत्र न होने के बावजूद एकल-कोशिका वाले जीवों के वांछित दिशा में चलने की प्रक्रिया का सफलतापूर्वक अनुकरण किया है। नए विकास से पहले, शोधकर्ता निश्चित नहीं थे कि छोटे जीव इस तरह की प्रक्रिया में कैसे सक्षम हैं। 

टीम ने एक साधारण मॉडल जीव और उसके पर्यावरण के बीच भौतिक संपर्क की गणना की, जिसमें बाद वाला एक गैर-समान रासायनिक संरचना वाला तरल था जिसमें असमान रूप से वितरित खाद्य स्रोत थे। 

शोध पत्रिका में प्रकाशित हुआ था PNAS. 

नकली जीव

शोधकर्ताओं ने नकली जीव को उसके भोजन और पर्यावरण के बारे में डेटा संसाधित करने की क्षमता से सुसज्जित किया। मशीन लर्निंग एल्गोरिदम पर भरोसा करके, सूचना प्रसंस्करण को विकासवादी चरणों में संशोधित और अनुकूलित किया जा सकता है। इसका मतलब यह था कि शोधकर्ताओं ने एक कंप्यूटर जीव विकसित किया जो वास्तविक जीवन के जीवों के समान चलने और भोजन की खोज करने में सक्षम है। 

एंड्रियास ज़ॉटल ने टीयू विएन में सैद्धांतिक भौतिकी संस्थान में अनुसंधान परियोजना का नेतृत्व किया। 

"पहली नज़र में, यह आश्चर्य की बात है कि इतना सरल मॉडल इतने कठिन कार्य को हल कर सकता है," ज़ॉटल कहते हैं। “बैक्टीरिया रिसेप्टर्स का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए कर सकते हैं कि किस दिशा में, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन या पोषक तत्व की सांद्रता बढ़ रही है, और यह जानकारी तब वांछित दिशा में गति को ट्रिगर करती है। इसे केमोटैक्सिस कहा जाता है।" 

जबकि बहुकोशिकीय जीवों में तंत्रिका कोशिकाओं का अंतर्संबंध होता है, एकल-कोशिका वाले जीवों में कोई तंत्रिका कोशिकाएं नहीं होती हैं। इस वजह से, वे केवल कोशिका के भीतर ही सरल प्रसंस्करण चरणों से गुजर सकते हैं।

"इसे समझाने में सक्षम होने के लिए, आपको इन एककोशिकीय जीवों की गति के लिए एक यथार्थवादी, भौतिक मॉडल की आवश्यकता है, ”ज़ोटल कहते हैं। “हमने सबसे सरल संभव मॉडल चुना है जो भौतिक रूप से किसी तरल पदार्थ में स्वतंत्र गति की अनुमति देता है। हमारे एककोशिकीय जीव में सरलीकृत मांसपेशियों से जुड़े तीन द्रव्यमान होते हैं। अब सवाल उठता है: क्या इन मांसपेशियों को इस तरह से समन्वित किया जा सकता है कि पूरा जीव वांछित दिशा में आगे बढ़े? और सबसे ऊपर: क्या इस प्रक्रिया को सरल तरीके से साकार किया जा सकता है, या इसके लिए जटिल नियंत्रण की आवश्यकता है?

कंप्यूटर मॉडल का कार्यान्वयन

बेनेडिक्ट हार्टल वह व्यक्ति थे जिन्होंने इस मॉडल को कंप्यूटर पर लागू किया था। 

हार्टल कहते हैं, "भले ही एककोशिकीय जीव में तंत्रिका कोशिकाओं का नेटवर्क न हो - उसके 'संवेदी छापों' को उसकी गति से जोड़ने वाले तार्किक चरणों को गणितीय रूप से न्यूरोनल नेटवर्क के समान वर्णित किया जा सकता है।"

एकल-कोशिका वाले जीवों में कोशिका के विभिन्न तत्वों के बीच तार्किक संबंध होते हैं, और जब रासायनिक संकेत ट्रिगर होते हैं तो गति होती है। 

मैक्सिमिलियन हबल ने शोध में कई गणनाएँ पूरी कीं।

हबल की रिपोर्ट में कहा गया है, "इन तत्वों और जिस तरह से वे एक-दूसरे को प्रभावित करते हैं, उन्हें कंप्यूटर पर सिम्युलेटेड किया गया और आनुवंशिक एल्गोरिदम के साथ समायोजित किया गया: पीढ़ी दर पीढ़ी, आभासी एककोशिकीय जीवों की आंदोलन रणनीति में थोड़ा बदलाव किया गया।"

जब एककोशिकीय जीव अपनी गति को वांछित रसायनों की ओर निर्देशित करने में सफल हो गए, तो उन्हें "प्रजनन" करने की अनुमति दी गई, जबकि जो जीव "मर नहीं गए" थे। कई पीढ़ियों से गुज़रने के बाद एक प्रकार का विकास हुआ और एक नियंत्रण नेटवर्क का उदय हुआ। इस नेटवर्क ने एक आभासी एककोशिकीय जीव को रासायनिक धारणाओं को लक्षित आंदोलन में परिवर्तित करने में सक्षम बनाया, और यह ऐसा सरलता से और बुनियादी सर्किटरी के साथ करता है। 

ज़ॉटल कहते हैं, "आपको इसे एक अत्यधिक विकसित जानवर के रूप में नहीं सोचना चाहिए जो सचेत रूप से कुछ समझता है और फिर उसकी ओर दौड़ता है।" “यह एक बेतरतीब डगमगाती हरकत की तरह है। लेकिन वह जो अंततः औसतन सही दिशा में ले जाता है। और यह बिल्कुल वैसा ही है जैसा आप प्रकृति में एकल-कोशिका वाले जीवों के साथ देखते हैं।