भाग ३ — आरएनए जग आणि लुकाचा प्रवास
Part 3 — The RNA World and the Journey to LUCA
१९४३मध्ये बेलचले, ब्रिटनमध्ये एक हुशार गणितज्ञ अ‍ॅलन ट्युरिंग त्याच्या अत्यंत भेदक अंतर्दृष्टीचे प्रत्यक्ष वास्तवात अवतरणे अनुभवत होता.
त्याचे म्हणणे असे होते की, अंकांनी अंकाची गणना होते. त्याच्या या तत्त्वावर आधारित कोलोसस नावाचा एक संगणक जर्मन सैन्याच्या लॉरेनट्झ विसंकेती यंत्राचे संदेश उलगडण्यासाठी बनविला होता.
रूपभेदयोग्य वा परिवर्तनीय क्रमादेश (प्रोग्राम) असलेले 'कोलोसस' एक जागतिक यंत्र होते. त्या वेळी जीवनाचं रहस्य आणि हे यंत्र यांच्या संबंधाबद्दल कोणालाही कल्पना नव्हती. मात्र ट्युरिंग त्यातल्या त्यात जीवन रहस्याच्या जवळ पोहोचला असावा.
आनुवंशिकता ही रूपभेदयोग्य असा संग्रहित क्रमादेश आहे, आणि चयापचय हे सार्वत्रिक यंत्र आहे. यांना जोडणारा दुवा म्हणजे संकेत (कोड), एक अमूर्त संदेश आहे. हा संदेश एका रासायनिक, भौतिक वा अपदार्थिक रूपातही समाविष्ट होऊन अवतीर्ण होतो. त्याचे रहस्य म्हणजे तो स्वतःची प्रत स्वतःच तयार करू शकतो.
या जगातील संसाधने वापरून स्वतःचे पुनरुत्पादन करू शकणारे काहीही 'जिवंत' मानले जाते. या काहीही जिवंत असलेल्यांचे स्वरूप म्हणजे अंकात्मक संदेश, एक अंक, एक लिपी, एक शब्द असे असू शकते.
क्लाइड शेनॉन नावाची एक शांत, एकांतप्रिय हुशार व्यक्ती न्यूजर्सीमधील प्रिंसटनमध्ये, याच वेळी काही काळापूर्वी मनात आलेल्या एका कल्पनेवर विचार करीत होती.
ही कल्पना काय होती बरे? ती अशी होती की, माहिती आणि अपक्षय या एकाच नाण्याच्या दोन बाजू आहेत आणि दोन्हींचा संबंध हा ऊर्जेशी आहे.
कमी अपक्षय असलेल्या यंत्रणेत जास्त माहिती साठवलेली असते. वाफेच्या इंजिनामध्ये भरपूर माहिती सामग्री असल्यामुळे ते ज्वलन होणाऱ्या कोळशापासून मिळणाऱ्या ऊर्जेला जुंपून तिचे रूपांतर परिभ्रमण गतीमध्ये करू शकते.
त्याचप्रमाणे मानवी शरीरही कार्य करते. शेनॉनच्या मेंदूमध्ये अॅरिस्टॉटलची माहिती आणि न्यूटनचे भौतिकशास्त्र यांची गळाभेट झाली होती.
ट्युरिंगप्रमाणेच शेनॉननेही जीवशास्त्राबद्दल विचार केला नव्हता. परंतु जीवन वा जिवंतपणा, म्हणजे काय? या प्रश्नासंबंधीची त्याची अंतर्दृष्टी जास्त सयुक्तिक होती. जीवन म्हणजे डीएनएमध्ये लिहिलेली अंकात्मक माहितीच आहे.
जीवनाच्या उत्पत्तीच्या अगदी सुरुवातीला जो आदि शब्द अवतरला होता, तो डीएनए नव्हता. जीवन थोडे स्थिरस्थावर झाल्यावर श्रमाची विभागणी दोन विभिन्न कार्यामध्ये झाली.
एक म्हणजे रासायनिक कार्य (चयापचय) आणि दुसरे म्हणजे माहिती संग्रहविषयक कार्य (पुनरुत्पादन). या टप्प्यानंतरच डीएनएचे आगमन झाले.
मात्र डीएनएमध्ये जी शब्दांची नोंद असते, ती तंतोतंतपणे अनेक युगांमधून वर्तमानात संक्रमित झाली.
सूक्ष्मदर्शक यंत्राच्या खाली मानवाच्या डिंबामधील केंद्रक ठेवला आहे, अशी कल्पना करा. तुम्हाला शक्य असल्यास सर्वांत मोठे डाव्या बाजूला व सर्वांत लहान उजव्या बाजूला अशा आकारमानाप्रमाणे तेवीस गुणसूत्रांची मांडणी करा; सर्वांत मोठ्या गुणसूत्राला गुणसूत्र १, हे नाव पूर्णतः सहजपणे व अहेतुकपणे दिले गेले आहे.
ही गुणसूत्रे भिंगाच्या साह्याने जवळ आणल्यास प्रत्येक गुणसूत्राला एक लांबट व एक छोटी भुजा असल्याचे दिसून येईल. एक चिमूटभर आकाराच्या बिंदूने ते एकमेकांपासून अलग होतात. या बिंदूला सेंट्रोमियर असे म्हणतात.
त्याच्या नजीक १२० अक्षरांचा अनुक्रम दिसेल, As, Cs, Gs व Ts यांचा! पुन्हा पुन्हा पुनरावृत्तीत होणारा. दोन पुनरावृत्तींमध्ये यादृच्छिक मजकुराचा भाग असतो.
परंतु १२० अक्षरांचा परिच्छेद मात्र ओळखीच्या संगीतातल्या धुनीसारखा पुन्हा पुन्हा येत राहतो, शंभरपेक्षा जास्त वेळा. हा छोटा परिच्छेद इतक्या निकट असतो की आपल्याला मूळ शब्दाचे पडसाद ऐकू येऊ शकतात.
हा परिच्छेद म्हणजे एक छोटे जनुकच. हे जनुक बहुदा मानवी शरीरातील सर्वांत क्रियाशील जनुक असावे. याची एकशेवीस अक्षरे अव्याहतपणे छोट्या आरएनएच्या तंतूमध्ये छायाप्रतीत होतात. या प्रतीला 5S आरएनए म्हणतात.
प्रथिनाच्या गुच्छाबरोबर आणि इतर आरएनएच्या बरोबर या आरएनएचा संयोग होऊन एक निगुतीने विणलेले, एकत्र गुंफलेले रायबोसोम नावाचे यंत्र तयार होते.
त्याचे कार्य म्हणजे डीएनएमधील पाककृतीचे भाषांतर प्रथिनामध्ये करणे. (आणि प्रथिने डीएनएला स्वतःची प्रतिकृती करण्याची क्षमता प्रदान करतात).
सॅम्युल बटलरच्या शब्दांत सांगायचे तर, एक प्रथिन म्हणजे एका जनुकाचा दुसरे जनुक तयार करण्याचा मार्ग, तर एक जनुक म्हणजे एका प्रथिनाचे दुसरे प्रथिन तयार करण्याचा मार्ग होय.
स्वयंपाकाला पाककृतीची गरज असते, आणि पाककृतीला स्वयंपाकी लागतो! जीवनामध्ये प्रथिन आणि डीएनए या दोन प्रकारच्या रसायनांच्या परस्परक्रियेचा खेळ चालू असतो.
रसायनत्व, जिवंतपणा, श्वासोच्छ्वास, चयापचय आणि वर्तन या सर्वांचे प्रतिनिधित्व प्रथिने करतात. जीवशास्त्रीय भाषेत यालाच दृश्यरूप (फिनोटाइप) म्हणतात.
तर माहिती, पुनरुत्पादन, प्रजनन व समागम यांचे प्रतिनिधित्व डीएनए रेणू करतो. जीवशास्त्रज्ञ याला वंशप्रकृती (जिनोटाइप) म्हणतात.
यातील कोणी एक दुसऱ्याशिवाय अस्तित्वात असू शकत नाही. हे आधी कोंबडी का आधी अंडे? (डिंब) या प्रसिद्ध कोड्यासारखे आहे. आधी डीएनए का आधी प्रथिन?
डीएनए हा एक हतबल, निष्क्रिय असा, एकही रासायनिक क्रिया उत्प्रेरित करीत नसणारा गणिती तुकडा असल्याने, तो सर्वप्रथम अस्तित्वात येणारा रेणू नसणार.
पण प्रथिन रेणूही तसा नसणार, कारण तो तर एक निखळ रसायन असून स्वतःची हुबेहूब प्रत तयार करण्यास असमर्थ आहे.
डीएनएने प्रथिनांचा किंवा प्रथिनांनी डीएनएचा शोध लावला असणे अशक्य वाटते. जर शब्दांनी जीवनाच्या धाग्यावर त्यांच्या पुसटशा खुणा मागे ठेवल्या नसत्या, तर हे गोंधळात टाकणारे कोडे सुटलेच नसते.
आज आपल्याला माहीत आहे की अंड्याचे आगमन कोंबडीच्या फार आधी झालेले आहे. (सर्व पक्ष्यांच्या आणि सरपटणाऱ्या प्राण्यांचे पूर्वज अंडी घालत होते.) आरएनए प्रथिनांच्या पूर्वी आल्याचे जास्तीत जास्त पुरावे मिळत आहेत.
डीएनए व प्रथिने या दोन जीवरेणू जगताला जोडणारा दुवा आहे, आरएनए जीवरेणू!
डीएनएच्या मुळाक्षरातील संदेशाचे भाषांतर प्रथिनांच्या मुळाक्षरांमध्ये करण्यासाठी आरएनएचे प्रामुख्याने उपयोजन केले जाते.
परंतु ज्या पद्धतीने त्यांचे वर्तन घडते, त्यावरून प्रथिने व डीएनए या दोन्ही रेणूंचाही पूर्वज आरएनए असावा यात तिळमात्र शंका उरत नाही.
डीएनए म्हणजे दिल्ली (राजधानी) असेल तर आरएनए म्हणजे भारत (देश) आहे.
सुरुवातीला ज्या आदि शब्दाबद्दल आपण बोलत होतो तो शब्द आरएनए आहे.
आरएनएच्या (प्रथिन व डीएनएपेक्षाच्या) प्राधान्यक्रमामुळे आणि प्राथमिकतेमुळे या रेणूने काही छोट्या खुणा मागे ठेवल्या आहेत.
आजही अप्रत्यक्षपणे डीएनएमधील घटक आरएनएमधल्या घटकांमध्ये फेरबदल करून तयार केले जातात. शिवाय डीएनएमधील T अक्षरे आरएनएमधील U अक्षरांपासून बनलेली आहेत.
बरीचशी आधुनिक विकरे जरी प्रथिनांची बनलेली असली, तरी त्यांच्या कार्यप्रवणतेसाठी ती आरएनएवर अवलंबून असतात.
याशिवाय कुणाच्याही साहाय्याशिवाय आरएनए स्वतःची प्रत तयार करू शकतात. (जे की डीएनए व प्रथिने करण्यास असमर्थ आहेत.)
त्यांच्यासाठी योग्य घटकांचा पुरवठा केल्यास ते घटकांना एकत्रित बांधून त्यापासून एक संदेश तयार करतील.
जर आपण पेशीच्या अंतरंगात नजर टाकली, तर आपल्याला दिसेल की सर्वप्रथम मूलभूत कार्यांसाठी आरएनए असणं गरजेचं आहे.
जनुकापासून आरएनएच्या स्वरूपात असलेला संदेश कोण घेते? तर त्यावर अवलंबित असलेले विकर!
संदेशवाहक (मेसेंजर) आरएनए तो संदेश घेऊन आरएनए व प्रथिनांनी बनलेल्या रायबोसोम या यंत्राजवळ जातो. येथे संदेशाचे प्रथिनांच्या भाषेत भाषांतर होते.
यासाठी संक्रमक (ट्रान्सफर) आरएनए हा दुभाषी लागतो. तो प्रथिनांच्या भाषेतील मुळाक्षरे म्हणजे अमिनो आम्ल हेरून त्यांना रायबोसोम या प्रथिने बनवणाऱ्या जागेवर आणतो.
या सर्व घटकांच्या जनुकातील संदेशाचा (ज्याची मुळाक्षरे A, G, C वा आहेत) प्रथिनांच्या (ज्याची मुळाक्षरे बावीस प्रकारची अमिनो आम्ल आहेत) भाषेत भाषांतर होते.
यापलीकडे आरएनए एक उत्प्रेरक म्हणूनही कार्य करू शकतो (जे डीएनए करू शकत नाही); जसे की दुसऱ्या आरएनएसहित इतर रेणूंना दुभंगणे, तसेच त्यांना जोडणे.
आरएनए या रेणूंचे विभाजन करू शकतो, त्यांची टोके एकत्र बांधू शकतो, स्वतःचे काही बांधणी ठोकळे वा ठसे बनवू शकतो आणि आरएनएची साखळी वाढवू शकतो.
तो तर स्वतःवरच कृती करून काही मजकुरांचा तुकडा तोडून पुन्हा दोन टोके सांधूही शकतो.
१९८०च्या सुरुवातीला आरएनएच्या या लक्षणीय गुणधर्माचा शोध (थॉमस सेच व सिडने ऑल्टमन) लागल्यामुळे जीवनाच्या उत्पत्तीसंबंधीच्या आकलनाची आपली दृष्टीच बदलली.
आता अशी शक्यता वाटत आहे की प्रारंभिक जनुक (Ur जनुक) म्हणजे एक हुबेहूब प्रतिनिर्मीक उत्प्रेरक (रेप्लिकेटर कॅटलीस्ट) असा संयुक्त रेणू असावा.
हा रेणू म्हणजे आदि शब्द, जो भोवतालची रसायने वापरून स्वतःच्या प्रती निर्माण करीत होता. हे आदि जनुक आरएनएचे बनले असावे!
आरएनएच्या रेणूच्या क्रिया उत्प्रेरित करण्याच्या क्षमतेवर आधारित यादृच्छिकरीत्या पुन्हा पुन्हा निवड करून (परीक्षानळीमध्ये) आरंभापासून उदय व विकास घडवून आणणे शक्य होईल! म्हणजेच जवळजवळ जिवाच्या उत्पत्तीचे पुन्हा केलेले सादरीकरणच!
सर्वांत आश्चर्यकारक परिणाम म्हणजे या कृत्रिम आरएनए रेणूमध्ये असलेल्या मजकुराच्या एका पसरलेल्या भागात आणि रायबोसोममधील आरएनएवरील मजकुरात, या दोन्हींमध्ये विलक्षण साम्य आहे (जसे की गुणसूत्र एकवरील ५ जनुक)!
चार अब्ज वर्षांपूर्वी (जेव्हा या विश्वाचे वय फक्त १० अब्ज वर्ष होते) पृथ्वीचा नुकताच जन्म झाला होता; तेव्हा आदि डायनासोर, आदि मासे, आदि कीटक, आदि वनस्पती, आदि कवक, आदि जिवाणू या कुणाच्याही पूर्वी आरएनएचे जग असावे.
आपल्याला हे रायबो जीव (आरएनएचे) कसे दिसत असावेत हे माहीत नाही. आपण जीवरासायनिक दृष्ट्या ते जिवंत राहण्यासाठी काय करत असावेत, याचा फक्त अंदाज बांधू शकतो.
त्यांच्याही आधी काय व कोण सजीव असावेत हे आपल्याला ज्ञात नाही. आजच्या सजीवांमध्ये असणाऱ्या आरएनएच्या कार्याच्या हाती असलेल्या धाग्यादोऱ्यावरून आपण त्यांच्या एकेकाळच्या अस्तित्वाची खात्री मात्र जरूर देऊ शकतो.
भाग समाप्त — आदि शब्दापासून आरएनए जगापर्यंत