जैविक जटिलता का विकास

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जैविक जटिलता का विकास, विकास की प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण परिणाम है।[1] विकास ने कुछ उल्लेखनीय जटिल जीवों का उत्पादन किया है - यद्पि जीव विज्ञान में जटिलता के वास्तविक स्तर को सटीक रूप से परिभाषित करना या नापना बहुत कठिन है, जीन सामग्री, सेल प्रकारों की संख्या या आकृति विज्ञान (जीव विज्ञान) जैसे गुणों के साथ सभी संभव मेट्रिक्स के रूप में प्रस्तावित हैं।[2][3][4]

इस दृष्टिकोण के साक्ष्य की कमी के अतिरिक्त, कई जीवविज्ञानी मानते थे कि विकास प्रगतिशील (ऑर्थोजेनेसिस) था और इसकी एक दिशा थी जो तथाकथित "उच्च जीवों" की ओर ले जाती थी।[5] "प्रगति" के इस विचार ने विकास में "उच्च जानवर" और "निम्न जानवर" शब्द प्रस्तुत किए। कई लोग अब इसे भ्रामक मानते हैं, जिसमें प्राकृतिक चयन की कोई आंतरिक दिशा नहीं होती है और स्थानीय पर्यावरणीय परिस्थितियों के जवाब में जीवों को या तो बढ़ी हुई या घटी हुई जटिलता के लिए जीवों का चयन किया जाता है।[6] यद्यपि जीवन के इतिहास में जटिलता के अधिकतम स्तर में वृद्धि हुई है, फिर भी हमेशा छोटे और सरल जीवों की एक बड़ी संख्या रही है और जटिलता का मोड (सांख्यिकी) स्तर अपेक्षाकृत स्थिर बना हुआ प्रतीत होता है।

सादगी और जटिलता के लिए चयन

प्रायः जिन जीवों की प्रजनन दर उनके प्रतिद्वंद्वियों की तुलना में अधिक होती है, उन्हें विकासवादी लाभ होता है। नतीजतन, जीव सरल बनने के लिए विकसित हो सकते हैं और इस प्रकार तेजी से गुणा कर सकते हैं और अधिक संतान उत्पन्न कर सकते हैं, क्योंकि उन्हें पुनरुत्पादन के लिए कम संसाधनों की आवश्यकता होती है। एक अच्छा उदाहरण परजीवी हैं जैसे प्लाज्मोडियम - मलेरिया के लिए जिम्मेदार परजीवी - और माइकोप्लाज्मा; ये जीव अक्सर उन लक्षणों से मुक्त हो जाते हैं जिन्हें परपोषी पर परजीविता के माध्यम से अनावश्यक बना दिया जाता है।[7]

एक वंशावली भी जटिलता से दूर हो सकती है जब एक विशेष जटिल विशेषता केवल किसी विशेष वातावरण में कोई चयनात्मक लाभ प्रदान नहीं करती है। जरूरी नहीं है कि इस विशेषता के हानि से चयनात्मक लाभ मिले, लेकिन म्यूटेशन के संचय के कारण लुप्त हो सकता है यदि इसकी हानि तत्काल चयनात्मक हानि नहीं देता है।[8] उदाहरण के लिए, एक परजीवी जीव एक मेटाबोलाइट के सिंथेटिक मार्ग से दूर हो सकता है जहां यह अपने मेजबान से उस मेटाबोलाइट को आसानी से साफ कर सकता है। इस संश्लेषण को त्यागने से परजीवी को महत्वपूर्ण ऊर्जा या संसाधनों को संरक्षित करने और तेजी से बढ़ने की अनुमति नहीं मिल सकती है, लेकिन उस मार्ग के हानि से कोई हानि नहीं होने पर म्यूटेशन संचय के माध्यम से जनसंख्या में हानि निर्णीत किया जा सकता है। एक जटिल विशेषता के हानि के कारण उत्परिवर्तन एक जटिल विशेषता के लाभ के कारण उत्परिवर्तन की तुलना में अधिक बार होते हैं।[citation needed]

चयन के साथ, विकास अधिक जटिल जीव भी उत्पन्न कर सकता है। जटिलता अक्सर मेजबानों और रोगजनकों के सह-विकास में उत्पन्न होती है,[9] इस प्रवृत्ति को इस तथ्य से प्रबल किया जा सकता है कि समय के साथ पारिस्थितिक तंत्र स्वयं अधिक जटिल हो जाते हैं, क्योंकि प्रजातियों की विविधता बढ़ जाती है, साथ में प्रजातियों के बीच संबंध या निर्भरता बढ़ जाती है।

जटिलता में प्रवृत्तियों के प्रकार

जटिलता में निष्क्रिय बनाम सक्रिय रुझान। आरम्भ में जीव लाल होते हैं। किसी श्रृंखला में समय के बढ़ने के साथ संख्याएँ ऊँचाई द्वारा दिखाई जाती हैं।

यदि विकासवाद में जटिलता (ऑर्थोजेनेसिस) की ओर एक सक्रिय प्रवृत्ति थी, जैसा कि 19वीं शताब्दी में व्यापक रूप से माना जाता था,[10] तो हम एक सक्रिय रुझान देखने की उम्मीद करेंगे जीवों के बीच जटिलता के सबसे सामान्य मूल्य मोड (सांख्यिकी) | (मोड) में समय के साथ वृद्धि।[11]

यद्यपि, जटिलता में वृद्धि को एक निष्क्रिय प्रक्रिया के माध्यम से भी समझाया जा सकता है।[11]जटिलता के निष्पक्ष यादृच्छिक परिवर्तन और न्यूनतम जटिलता के अस्तित्व को मानने से जीवमंडल की औसत जटिलता में समय के साथ वृद्धि होती है। इसमें विचरण में वृद्धि सम्मिलित है, लेकिन मोड नहीं बदलता है। समय के साथ उच्च जटिलता वाले कुछ जीवों के निर्माण की प्रवृत्ति उपस्थित है, लेकिन इसमें जीवित चीजों का बहुत कम प्रतिशत सम्मिलित है।[4]

इस परिकल्पना में, तेजी से जटिल जीवों की ओर एक आंतरिक दिशा के साथ कार्य करने वाले विकास की कोई भी उपस्थिति लोगों की छोटी संख्या में बड़े, जटिल जीवों पर ध्यान केंद्रित करने का परिणाम है जो विषमता में रहते हैं। जटिलता वितरण के दाहिने हाथ की पूंछ और सरल और अधिक की अनदेखी अधिक सामान्य जीव। यह निष्क्रिय मॉडल भविष्यवाणी करता है कि अधिकांश प्रजातियाँ सूक्ष्मजीव प्रोकैरियोट्स हैं, जो यूकेरियोट्स के लिए 10 6 से 3·10 के विविधता अनुमानों की तुलना में 106 से 109 उपस्थित के अनुमानों द्वारा समर्थित है [12] यूकेरियोट्स के लिए 6।[13][14] परिणामस्वरूप, इस दृष्टि से, सूक्ष्म जीवन पृथ्वी पर हावी है, और बड़े जीव केवल नमूनाकरण पूर्वाग्रह के कारण अधिक विविध दिखाई देते हैं।

पृथ्वी पर जीवन की आरम्भ के बाद से जीनोम की जटिलता प्रायः बढ़ गई है।[15][16] कुछ कृत्रिम जीवन ने सुझाव दिया है कि जटिल जीवों की पीढ़ी विकास की एक अपरिहार्य विशेषता है।[17][18] समय के साथ प्रोटीन अधिक हाइड्रोफोबिक हो जाते हैं,[19] और उनके हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड प्राथमिक अनुक्रम के साथ अधिक पसरे हुए हैं।[20] समय के साथ शरीर के आकार में वृद्धि कभी-कभी कोप के नियम के रूप में जानी जाती है।[21]

रचनात्मक तटस्थ विकास

Further information: रचनात्मक तटस्थ विकास

हाल ही में विकास सिद्धांत में काम ने प्रस्तावित किया है कि चयन दबाव को कम करके, जो प्रायः जीनोम को व्यवस्थित करने के लिए कार्य करता है, रचनात्मक तटस्थ विकास नामक प्रक्रिया से जीव की जटिलता बढ़ जाती है।[22] चूंकि यूकेरियोट्स (विशेष रूप से बहु-कोशिकीय जीवों) में प्रभावी जनसंख्या का आकार प्रोकैरियोट्स की तुलना में बहुत छोटा है,[23] वे आणविक विकास के लगभग तटस्थ सिद्धांत का अनुभव करते हैं।

इस मॉडल के अनुसार, नए जीन गैर-अनुकूलन (जीवविज्ञान) प्रक्रियाओं द्वारा बनाए जाते हैं, जैसे यादृच्छिक जीन दोहराव द्वारा। ये उपन्यास संस्थाएँ, यद्पि व्यवहार्यता के लिए आवश्यक नहीं हैं, जीव को अतिरिक्त क्षमता प्रदान करती हैं जो कार्यात्मक उपइकाइयों के पारस्परिक क्षय को सुगम बना सकती हैं। यदि इस क्षय का परिणाम ऐसी स्थिति में होता है जहां अब सभी जीनों की आवश्यकता होती है, तो जीव एक नए राज्य में फंस गया है जहां जीनों की संख्या में वृद्धि हुई है। इस प्रक्रिया को कभी-कभी एक जटिल शाफ़्ट के रूप में वर्णित किया गया है।[24] इन पूरक जीनों को तब प्राकृतिक चयन द्वारा नियोफंक्शनलाइजेशन नामक प्रक्रिया द्वारा सह-चुना जा सकता है। अन्य उदाहरणों में रचनात्मक तटस्थ विकास नए भागों के निर्माण को बढ़ावा नहीं देता है, बल्कि मौजूदा खिलाड़ियों के बीच नए संबंधों को बढ़ावा देता है, जो तब नई चांदनी भूमिका निभाते हैं।[24]

रचनात्मक तटस्थ विकास का उपयोग यह समझाने के लिए भी किया गया है कि कैसे प्राचीन परिसरों, जैसे कि स्प्लिसोसम और राइबोसोम, ने समय के साथ नए सबयूनिट प्राप्त किए हैं, जीन के नए वैकल्पिक स्पाइस्ड आइसोफॉर्म कैसे उत्पन्न होते हैं, सिलियेट्स में सिलिएट # डीएनए पुनर्व्यवस्था (जीन स्कैम्बलिंग) कैसे विकसित होती है। ट्रिपैनोसोमा ब्रूसी में व्यापक पैन-आरएनए संपादन कैसे उत्पन्न हो सकता है, ट्रांसक्रिप्शनल शोर से कार्यात्मक lncRNAs की संभावना कैसे उत्पन्न हुई है, और कैसे बेकार प्रोटीन कॉम्प्लेक्स भी लाखों वर्षों तक बने रह सकते हैं।[22][25][24][26][27][28][29]

पारस्परिक भय की परिकल्पना

पारस्परिक भय की परिकल्पना जीनोम में बढ़ी हुई जटिलता के लिए एक गैर-अनुकूली सिद्धांत है।[30] पारस्परिक भय की परिकल्पना का आधार यह है कि गैर-कोडिंग डीएनए के लिए प्रत्येक उत्परिवर्तन एक फिटनेस लागत लगाता है।[31] जटिलता में भिन्नता को 2Neu द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जहां Ne प्रभावी जनसंख्या आकार है और u उत्परिवर्तन दर है।[32]

इस परिकल्पना में, गैर-कोडिंग डीएनए के विरुद्ध चयन को तीन तरीकों से कम किया जा सकता है: यादृच्छिक आनुवंशिक बहाव, पुनर्संयोजन दर और उत्परिवर्तन दर।[33] जैसे-जैसे प्रोकैरियोट्स से बहुकोशिकीय यूकेरियोट्स में जटिलता बढ़ती है, प्रभावी जनसंख्या का आकार घटता जाता है, बाद में जेनेटिक बहाव की ताकत बढ़ती जाती है।[30] यह, कम पुनर्संयोजन दर के साथ[33]और उच्च उत्परिवर्तन दर,[33]नकारात्मक चयन (प्राकृतिक चयन) द्वारा हटाए बिना गैर-कोडिंग डीएनए को प्रसार करने की अनुमति देता है।[30]

यूकेरियोटिक टैक्सा में जीनोम के आकार और जीनोम सामग्री की तुलना करते समय बड़े जीनोम में गैर-कोडिंग डीएनए का संचय देखा जा सकता है। जीनोम आकार और गैर-कोडिंग डीएनए जीनोम सामग्री के बीच एक सकारात्मक संबंध है, प्रत्येक समूह कुछ भिन्नता के भीतर रहता है।[30][31]ऑर्गेनेल में जटिलता में भिन्नता की तुलना करते समय, प्रभावी जनसंख्या आकार को आनुवंशिक प्रभावी जनसंख्या आकार (Ng).[32]से बदल दिया जाता है। [34] यदि साइलेंट-साइट न्यूक्लियोटाइड विविधता को देखें, तो बड़े जीनोम में अधिक कॉम्पैक्ट वाले की तुलना में कम विविधता होने की उम्मीद है। पौधे और पशु माइटोकॉन्ड्रियन में, जटिलता में विपरीत दिशाओं के लिए उत्परिवर्तन दर खाते में अंतर, पौधे माइटोकॉन्ड्रिया अधिक जटिल और पशु माइटोकॉन्ड्रिया अधिक सुव्यवस्थित होते हैं।[34]

कुछ प्रजातियों में विस्तारित जीनोम को कम से कम आंशिक रूप से समझाने के लिए पारस्परिक भय की परिकल्पना का उपयोग किया गया है। उदाहरण के लिए, वॉल्वॉक्स कार्टेरी की तुलना एक कॉम्पैक्ट जीनोम, क्लैमाइडोमोनस रीन्हार्डेटी के साथ एक करीबी रिश्तेदार से करते हुए, पूर्व में परमाणु, माइटोकॉन्ड्रियल और प्लास्टिड जीनोम की तुलना में साइलेंट-साइट विविधता कम थी।[35] यद्पि जब वॉल्वॉक्स कार्टेरी के प्लास्टिड जीनोम की तुलना वोल्वॉक्स से की जाती है, तो एक ही जीनस में एक प्रजाति लेकिन आधे प्लास्टिड जीनोम आकार के साथ, इंटरजेनिक क्षेत्रों में उच्च उत्परिवर्तन दर थी।[36] अरेबिडोप्सिस थालियाना में, परिकल्पना का उपयोग इंट्रो लॉस और कॉम्पैक्ट जीनोम आकार के संभावित स्पष्टीकरण के रूप में किया गया था। अरेबिडोप्सिस लिराटा की तुलना में, शोधकर्ताओं ने संरक्षित इंट्रोन्स की तुलना में समग्र रूप से उच्च उत्परिवर्तन दर और लुप्त हुए इंट्रोन्स (एक इंट्रॉन जो अब अनुलेखित या विभाजित नहीं है) में पाया।[37]

अन्य प्रजातियों में विस्तारित जीनोम हैं जिन्हें पारस्परिक भय की परिकल्पना द्वारा समझाया नहीं जा सकता है। उदाहरण के लिए, सिलीन नोक्टिफ्लोरा और सिलीन कोनिका के विस्तारित माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम में उच्च उत्परिवर्तन दर, कम इंट्रॉन लंबाई और समान जीनस में अन्य की तुलना में अधिक गैर-कोडिंग डीएनए तत्व हैं, लेकिन दीर्घकालिक कम प्रभावी जनसंख्या आकार के लिए कोई सबूत नहीं था। .[38] तरबूज और कुकुर्बिटा पेपो के माइटोकॉन्ड्रियल जीनोम कई मायनों में भिन्न हैं। तरबूज छोटा होता है, इसमें अधिक इंट्रोन्स और दोहराव होते हैं, जबकि कुकुर्बिता पेपो अधिक क्लोरोप्लास्ट और छोटे दोहराव वाले अनुक्रमों के साथ बड़ा होता है।[39] यदि आरएनए संपादन साइटें और उत्परिवर्तन दर पंक्तिबद्ध हैं, तो कुकुर्बिता पेपो में उत्परिवर्तन दर कम होगी और आरएनए संपादन साइटें अधिक होंगी। यद्पि उत्परिवर्तन दर तरबूज की तुलना में चार गुना अधिक है और उनके पास आरएनए संपादन साइटों की समान संख्या है।[39]सैलामैंडर के बड़े परमाणु जीनोम की व्याख्या करने के लिए परिकल्पना का उपयोग करने का भी प्रयास किया गया था, लेकिन शोधकर्ताओं ने अपेक्षा से विपरीत परिणाम पाया, जिसमें अनुवांशिक बहाव की कम दीर्घकालिक शक्ति भी सम्मिलित थी।[40]

इतिहास

Further information: ओर्थजेनसीज़

19वीं शताब्दी में, जीन-बैप्टिस्ट लैमार्क (1744-1829) और रे लैंकेस्टर (1847-1929) जैसे कुछ वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि प्रकृति में विकास के साथ और अधिक जटिल बनने का एक सहज प्रयास था। यह विश्वास जॉर्ज विल्हेम फ्रेडरिक हेगेल (1770-1831) और हर्बर्ट स्पेंसर (1820-1903) के तत्कालीन विचारों को प्रतिबिंबित कर सकता है, जिसने ब्रह्मांड को धीरे-धीरे एक उच्च, अधिक परिपूर्ण स्थिति में विकसित करने की परिकल्पना की थी।

इस दृष्टिकोण ने परजीवियों के स्वतंत्र जीवों से परजीवी प्रजातियों के विकास को विचलन (जीव विज्ञान) या अध: पतन और प्रकृति के विपरीत माना। सामाजिक सिद्धांतकारों ने कभी-कभी लोगों की कुछ श्रेणियों को पतित परजीवियों के रूप में निरूपित करने के लिए इस दृष्टिकोण की लाक्षणिक रूप से व्याख्या की है। बाद के वैज्ञानिकों ने जैविक विचलन को बकवास माना; बल्कि, जो भी रूपों का एक चयनात्मक लाभ था, उसके अनुसार वंशावली सरल या अधिक जटिल हो जाती है।[41]

1964 की एक पुस्तक, द इमर्जेंस ऑफ बायोलॉजिकल ऑर्गनाइजेशन में, हेनरी क्वास्टलर ने उद्भव के एक सिद्धांत का नेतृत्व किया, प्रोटोबायोलॉजिकल सिस्टम से प्रोकैरियोट्स के उद्भव की एक श्रृंखला का एक मॉडल विकसित करने की आवश्यकता के बिना बहुत कम संभावना वाली घटनाओं का आह्वान किया।[42]

आदेश का विकास, जैविक जटिलता के रूप में प्रकट, जीवित प्रणालियों में और कुछ निर्जीव प्रणालियों में आदेश की पीढ़ी को 1983 में "डार्विनियन डायनेमिक" नामक एक सामान्य मौलिक सिद्धांत का पालन करने के लिए प्रस्तावित किया गया था।[43] डार्विनियन डायनेमिक को पहले इस बात पर विचार करके तैयार किया गया था कि सरल गैर-जैविक प्रणालियों में सूक्ष्म क्रम कैसे उत्पन्न होता है जो थर्मोडायनामिक संतुलन से बहुत दूर हैं। विचार को फिर संक्षेप में विस्तारित किया गया, आरएनए अणुओं की प्रतिकृति को आरएनए दुनिया में जीवन के आरम्भ ी रूपों के समान माना गया। यह दिखाया गया था कि गैर-जैविक प्रणालियों और आरएनए की प्रतिकृति में अंतर्निहित आदेश-निर्माण प्रक्रियाएं मूल रूप से समान हैं। इस दृष्टिकोण ने ऊष्मप्रवैगिकी के विकास के साथ-साथ चार्ल्स डार्विन के सिद्धांत की अनुभवजन्य सामग्री के संबंध को स्पष्ट करने में मदद की।

1985 में हेरोल्ड जे मोरोविट्ज़[44] नोट किया गया कि 1930 के दशक में लार्स ऑनसेगर द्वारा शुरू किए गए गैर-संतुलन ऊष्मप्रवैगिकी के आधुनिक युग ने दिखाया कि सिस्टम हमेशा ऊर्जा के प्रवाह के तहत आदेशित हो जाते हैं, इस प्रकार यह दर्शाता है कि जीवन के अस्तित्व में भौतिकी के नियमों का कोई विरोधाभास नहीं है।

यह भी देखें

  • जैव जटिलता
  • जैव विविधता
  • जीवमंडल
  • जटिल अनुकूली प्रणाली
  • कॉम्प्लेक्स सिस्टम बायोलॉजी
  • रचनात्मक तटस्थ विकास
  • दोहरे चरण का विकास
  • पारिस्थितिकी तंत्र
  • विकासवादी व्यापार-नापसंद
  • उद्विकासीयता

संदर्भ

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