কোষের শক্তি কোত্থেকে আসে?

Jaime Olivares
পাঠসংখ্যা: 👁️ 108

মাইটোকন্ড্রিয়া যদি এতই গুরুত্বপূর্ণ হয়, তাহলে এদের উদ্ভব মাত্র একবার হয়েছে কেন? সুকেন্দ্রীক কোষরাই বা কেন একবার মাত্র বিবর্তিত হয়েছে? নিক লেন ও বিল মার্টিন ২০১০ সালে বৈজ্ঞানিক জার্নাল ন্যাচারে প্রকাশিত নিবন্ধ “The energetics of genome complexity”-তে এ প্রশ্নের উত্তর দিয়েছেন। সহজ হিসাব-নিকাশ ও চমৎকার যুক্তির মাধ্যমে তারা দেখিয়েছেন প্রাককেন্দ্রিক কোষরা সরলই রয়ে গেছে কারণ তাদের পক্ষে সুকেন্দ্রীক কোষের জ্বালানী-খেকো জীবনযাপন করার সামর্থ্য নেই। অন্যভাবে বলা যায়: “তারা ইহা করতে পারবে না জনাব, তাদের সেই শক্তিই নেই।” লেন ও মার্টিন যুক্তি দেন যে কোন কোষকে জটিলতর হতে হলে তার জিনোম বড় হতে হবে। আজকালকার দিনে গড়পড়তা সুকেন্দ্রিক জিননামের আকার সাধারণ প্রাককেন্দ্রিক জিনোমের চেয়ে ১০০-১০,০০০ গুণ বড়। কিন্তু বড় জিনোম ব্যয়বহুল, তা বিনামূল্যে আসে না। ডি.এন.এ. অনুলিপি করা কিংবা জেনেটিক তথ্য থেকে থেকে প্রোটিন বানানোর সময় কোষের অনেক শক্তির প্রয়োজন হয়। একটি কোষের শক্তি-বাজেটে ডি.এন.এ. অনুলিপি করার তুলনায় প্রোটিন বানানো খুব খরুচে কাজ, যা কোষের এক-তৃতীয়াংশ শক্তি খেয়ে ফেলতে পারে। যদি কোন ব্যক্টেরিয়া বা আর্কিয়ার জিনোম ১০-গুণ বড় করতে হয়, তা অতিরিক্ত প্রোটিন নির্মানের জন্য মোটামুটিভাবে আরো ১০-গুণ বেশি শক্তি দাবী করবে কোষের শক্তি তহবিলে।

ধারাবাহিকের সূচী:
কিস্তি ১. প্রাণের প্রথম একশ কোটি বছর কেন একঘেয়ে ছিলো?
কিস্তি ২. সুকেন্দ্রিকদের উদ্ভব কেন অসম্ভব-সম্ভাবনা ছিলো?
কিস্তি ৩. প্রাককেন্দ্রিক জিনেরা সুকেন্দ্রিক জিনোমে কিভাবে কর্মবিভাজন করলো?
কিস্তি ৪. মাইটোকন্ড্রিয়াহীন সুকেন্দ্রিকদের হুমকি সামলানো গেলো কিভাবে?
কিস্তি ৫. কোষের শক্তি কোথেকে আসে?
কিস্তি ৬. কেন সুকেন্দ্রিকদের উদ্ভব গবেষণায় অনিশ্চয়তা নিশ্চিত?

কোষের আকারে বড় হওয়া এ সমস্যার একটা সমাধান হতে পারে। প্রাককেন্দ্রীক কোষে শক্তি-উৎপাদন-বিক্রিয়াগুলো তাদের কোষঝিল্লীর মধ্যে সংঘঠিত হয়। তাই বড় কোষ মানে বড় কোষঝিল্লী, তার মানে অতিরিক্ত শক্তির সরবরাহ। কিন্তু একটি বড় কোষকে বেশি প্রোটিন তৈরি করতে হয়, তাই তাদের বেশি শক্তি পুড়াতে হবে হবে যা হবে কোষঝিল্লীর বিক্রিয়া থেকে পাওয়া শক্তির তুলনায় বেশি। যদি কোন প্রাককেন্দ্রীক কোষকে সুকেন্দ্রিক কোষের সমান বড় করে একই রকম জিনোম সরবরাহ করা হয়, তাহলে তা প্রতিটি জিনের পেছনে ব্যয় করার জন্য আগের তুলনায় ২,৩০,০০০ ভাগ শক্তি অবশিষ্ট থাকবে! শক্তির হিসাবে অদক্ষ একটি প্রাককেন্দ্রীক কোষ যদি কোনভাবে একাকী বেঁচে থাকতে সক্ষমও হয়, তাহলেও সেটি অন্যান্য প্রাককেন্দ্রীকদের সাথে প্রতিযোগীতায় হেরে যাবে।

সুকেন্দ্রিক ও প্রাককেন্দ্রিক কোষের আকার ও শক্তি ব্যবহারের তুলনা
সুকেন্দ্রিক ও প্রাককেন্দ্রিক কোষের শক্তি ব্যবহারের তুলনা। উপরে জিনোম পর্যায়ে ও নিচে জিন পর্যায়ে কোষের আকারের সাথে সাথে প্রয়োজনীয় শক্তির তুলনা দেয়া হচ্ছে। সূত্র

প্রাককোষীরা তাই একটি নির্দিষ্ট শক্তিসীমার গিরিখাদের আটকে গেছে — যা তাদের ক্ষমাহীনভাবে সরল ও ক্ষুদ্র করে রাখে। এখান থেকে বেয়ে ওঠার অন্য কোন পথ নেই। বরং বিবর্তন তাদের বিপরীত দিকে চালনা করে, ক্ষমাহীনভাবে জিনোমের আকার ছেটে সব জিনকে ঠাসাঠাসি করে রেখে বৃত্তাকার জিনোমের মধ্যে, যেখানে কিছু কিছু জিন অন্যদের। সাথে সমপতিতও হয়ে যায়। এই গিরিখাদ থেকে শুধু একবারই একটি প্রাককোষী বের হতে পেরেছিল অসম্ভব একমেবাদ্বিতীয়ম কসরতের মাধ্যমে — মাইটোকন্ড্রিয়া অর্জনের মাধ্যমে। মাইটোকন্ড্রিয়ার কোষঝিল্লী দুইটি পর্দায় গঠিত। ভেতরের পর্দাটি ঠেসে কুঁচি দেয়া কাপড়ের মতো অজস্রবার ভাঁজ খেয়েছে। ফলে মাইটোকন্ড্রিয়ায় শক্তি-তৈরির রাসায়নিক বিক্রিয়া সংঘটনের জন্য বৃহৎ পৃষ্ঠতল পাওয়া যায়। কিন্তু এই বিক্রিয়াগুলো আচরণে চঞ্চল, চপল। মাইটোকন্ড্রিয়ার ঝিল্লীতে পরপর অনেকগুলো প্রোটিন জড়িত থাকে এ বিক্রিয়ার সাথে, যারা ইলেকট্রন বের করে আনে খাদ্য-অণু থেকে আর একে-অপরের কাছে হাত-বদলিয়ে শেষ পর্যন্ত অক্সিজেন অণুতে ফেলে দেয়। ফলাফলে তৈরি হয় উচ্চ বৈদ্যুতিক বিভব ও কিছু ঠুনকো অণু। কোন ধাপে একটু ভুল হলে কোষটি সহজেই মারা যেতে পারে।

মাইটোকন্ড্রিয়ার বারবার ভাঁজ খাওয়া ঝিল্লি। ছবি উইকিপিডিয়া।

তবে মাইটোকন্ড্রিয়ার নিজস্ব ডি.এন.এ.-এর ছোট একটি সংগ্রহ আছে, যা ইলেকট্রন-হস্তান্তর-শেকল বিক্রিয়ায় অংশ নেয়া ডজনখানেক প্রোটিন তৈরির সংকেত বহন করে। ডি.এন.এ.টি এসব প্রোটিনের পরিমাণ দ্রুত বাড়ানো বা কমানোর মাধ্যমে মাইটোকন্ড্রিয়ার কোষঝিল্লীর বিভব শক্তির লাগাম টেনে রাখে। মাইটোকন্ড্রিয়া শক্তি সরবরাহের সাথে সাথে শক্তিকে নিয়ন্ত্রণের আওতায় রাখার ক্ষমতা রাখে। আর এই কাজগুলি করে কোষের হেড-কোয়ার্টার নিউক্লিয়াসকে কোন রকম বিরক্ত না করেই। শক্তির যোগান দেয়া মাইটোকন্ড্রিয়ার বিশেষত্ব, সত্যিকার অর্থেই মাইটোকন্ড্রিয়া কোষের পাওয়ারহাউস। লেন বলেন, ‘কোষের নিয়ন্ত্রণ কেন্দ্র (নিউক্লিয়াস – অনুবাদক) অত্যন্ত আমলাতান্ত্রিক ও দ্রুত কিছু করার জন্য অনেক দূরে। আপনার তাই এসব ছোট দল (মাইটোকন্ড্রিয়া – অনুবাদক) থাকতে হবে যাদের ক্ষমতা সীমিত হলেও চারপাশের পরিস্থিতি দেখে বিচক্ষণতার সাথে সাড়া দিতে পারে। তারা যদি সেখানে না থাকে, সবকিছুই মারা যাবে।’ প্রাককেন্দ্রীক কোষের কোন শক্তিকেন্দ্র নেই; কিন্তু তারা নিজেরাই পাওয়ার হাউজ। তারা কোষঝিল্লীকে ভেতরের দিকে ভাঁজ করতে পারবে শক্তি-বিক্রিয়ার জন্য বাড়তি জায়গা করে দিতে। অনেক প্রাককেন্দ্রীক কোষই এমনটা করে। কিন্তু তাদের উচ্চ-শক্তির অণু তৈরির জন্য কোন দ্বিতীয় ডি.এন.এ. নেই যা বাড়তি ঘাঁটির মতো কাজ করবে; ফলশ্রুতিতে কেন্দ্রীয় ডি.এন.এ. বিবর্তনীয় পরীক্ষা-নিরীক্ষার পেছনে ব্যয় করার জন্য বাড়তি সময় ও শক্তির অবকাশ পাবে।

মাইটোকন্ড্রিয়ার মধ্যে যেভাবে শক্তি তৈরি হয়
মাইটোকন্ড্রিয়া যেভাবে শক্তি তৈরি করে। প্রথমে একটি প্রোটন গ্রেডিয়েন্ট তৈরি হয় যা একটি শক্তি বিভব তৈরি করে। শক্তি বিভব নির্দিষ্ট সীমা অতিক্রম করলে তৈরি হয় ATP যা কোষীয় শক্তির একক। ছবি

এ পরীক্ষা-নিরীক্ষা করার একমাত্র উপায় হলো অন্য কোষের সাথে যুক্ত হয়ে যাওয়া। যখন এক আর্কিয়া অন্য ব্যক্টেরিয়ার সাথে যুক্ত হতে সক্ষম হয়, তখন তা প্রায় সঙ্গে সঙ্গে এর নতুন সহকর্মীর কাছ থেকে শক্তি নিয়ে শক্তি-গিরিখাত থেকে লাফ দিয়ে বের হয়ে আসে। এটি তখন জিনোমের আকার বৃদ্ধি করার সামর্থ্য লাভ করে, নতুন ধরনের জিন ও প্রোটিন নিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষা করা শুরু করে, বড় হতে থাকে আকারে আর নতুন নতুন উদ্ভাবনী পথে বিবর্তিত হওয়া শুরু করে। এটি নিজস্ব ডি.এন.এ. আলাদা ভাবে ধরে রাখার জন্য নিউক্লিয়াস গঠন করে আর অন্যান্য অণুজীব গ্রাস করে ক্লোরোপ্লাস্টের মতো ক্ষুদ্র অঙ্গানু তৈরি করে, যেখানে উদ্ভিদের সালোকসংশ্লেষণ বিক্রিয়া সংগঠিত হয়। মার্টিন বলেন, “আপনার (কোষীয়) স্তর মাইটোকন্ড্রিয়ার ধাপ পর্যন্ত উঠানো দরকার যাতে এসব বিবর্তনীয় অভিযানের শক্তি-সংস্থান করা যায়। এসব অভিযাত্রা বিনামূল্যে করা যায় না।”

লেন ও মার্টিনের যুক্তি হঠাৎ-উদ্ভব অনুকল্পের জন্য বিশাল আশীর্বাদ হয়ে দাঁড়ায়। জটিল হওয়ার জন্য কোষের দরকার। শক্তিশালা যা হবে স্থিতিশীল ও ছড়ানো থাকবে কোষ জুড়ে। একমাত্র মাইটোকন্ড্রিয়ার পক্ষেই তা সম্ভব। অন্যান্য প্রাককেন্দ্রীকদের অকপট বিবর্তনীয় কুশলতা থাকা সত্ত্বেও এই অন্তঃস্থ পাওয়ার-স্টেশনের অভাবে সবসময় সরল এককোষীই রয়ে যায়।

যে ধরণের সংযােজন মাইটোকন্ড্রিয়া তৈরি করে তা আজগুবি অসম্ভব বলে মনে হওয়াই স্বাভাবিক। প্রাককেন্দ্রিকরা গত তিনশ’ কোটি বছরে মাত্র একবার এরকম সংযোজন সম্ভব করতে পেরেছে, যদিও তারা একে অপরের সংস্পর্শে সবসময়ই ছিলো। লেন বলেন, “বিবর্তনীয় ইতিহাসে সম্ভবত এরকম ঘটনা হাজার বা লক্ষ বার ঘটেছে, তবু তারা একসাথে থাকা ও একে অন্যের সাথে মানিয়ে সহবিবর্তিত হবার পথ খুঁজে পায় নি। এরকম মানিয়ে নেয়া আসলেই দুঃসাধ্য।”

ভিনগ্রহে প্রাণ অনুসন্ধানের ক্ষেত্রে এই সম্ভাবনাহীনতা বেশ তাৎপর্যপূর্ণ। লেন মনে করেন অন্যান্য গ্রহে যদি সঠিক রাসায়নিক পরিবেশ উপস্থিত থাকে, তাহলে নিশ্চিতভাবেই সেখানে জীবনের উদ্ভব ঘটবে। তবে দৈবভাবে সংযোজন না হলে সে জীবন চিরতরে অণুজীব রয়ে যাবে। সম্ভবত এটাই ফার্মি হেত্বাভাসের উত্তর – ফার্মির হিসাবে আকাশ গঙ্গা বা মিল্কি ওয়েতে বুদ্ধিমান প্রাণীর অস্তিত্ব থাকার সম্ভাবনা খুব বেশি হলেও আমরা তাদেরকে বা তাদের কোন চিহ্ন খুঁজে পাই না। লেন ২০১০ সালে লিখেন, “(এ হেত্বাভাস সম্পর্কে) অনিবার্য উপসংহার হলো মহাবিশ্বে ব্যক্টেরিয়া দিয়ে সম্ভবত ভর্তি, কিন্তু আরো জটিল জীবন বিরল হবে। আর যদি বুদ্ধিমান ভিনগ্রহবাসীর আদতেই থেকে থাকে, তাদেরও সম্ভবত মাইটোকন্ড্রিয়া ধরনের কিছু থাকবে।

কেন সুকেন্দ্রিকদের উদ্ভব গবেষণায় অনিশ্চয়তা নিশ্চিত? 

সুকেন্দ্রিক-উৎপত্তি বিতর্কের এখনো নিষ্পত্তি হয় নি। বিভিন্ন নতুন ভাবনা-চিন্তার প্রভাব কখনো বেড়েছে বা কমেছে। আর নানান তথ্য-প্রমাণ এখন হঠাৎ-উদ্ভব অনুকল্পের পক্ষে গেলেও বিপরীত ভিন্নমতের সংখ্যাও যথেষ্ট। কোন কোন বিজ্ঞানী এমনও মত সমর্থন করেন যে প্রাককোষীরা আসলে সুকেন্দ্রিকদেরই অন্য সংস্করণ যারা তাদের পূর্বপুরুষের চেয়ে বেশি সরলতার দিকে বিবর্তিত হয়েছে। অন্যরা কার্ল উজের জীবন-বৃক্ষের দৃঢ়-নিশ্চয় সমর্থক রয়ে গেছেন। ২০০৭ সালে, অ্যান্থনি পুল ও ডেভিড পেনি হঠাৎ-উদ্ভব শিবিরকে দায়ী করেন যে তারা “বাঁধনহারা কল্পনার উপর প্রক্রিয়াটির ভিত্তি নির্মাণ করেছেন। তারা বলছেন আকিয়া ও ব্যক্টেরিয়া একে অপরকে গিলে ফেলে নি, এই গিলে ফেলা হচ্ছে সুকেন্দ্রিকদের বৈশিষ্ট্য। একটি আদিম সুকেন্দ্রিক কোষ কিভাবে অন্য ব্যক্টেরিয়াকে গিলে খাচ্ছে তা বোঝা সহজ, কিন্তু তুলনামূলক সরল আর্কিয়া এ কাজটা কিভাবে করছে তা কল্পনা করা কঠিন।

এক রকমের সাদা পোকা সাইট্রাস মেলিবাগের কারণে এ সমালোচনা কিছুটা ধার হারায়। এই পোকাটির কোষ একটি ব্যক্টেরিয়া ধারণ করে যার নাম ট্রেমব্লায়া (Tremblaya), আর ট্রেমব্লায়া মোরানেলা নামক অন্যএকটি ব্যক্টেরিয়া ধারণ করে। এটি একটি প্রাককেন্দ্রিক কোষ যার অন্য কোন কিছু গিলে খাওয়ার সামর্থ্য না থাকলেও এর মধ্যে অন্য একটি প্রাককেন্দ্রিক কোষ কোন না কোন ভাবে বসবাস করছে। তবুও প্রথম আর্কিয়া-ব্যক্টেরিয়া কিভাবে সংযুক্ত হলো তার বিস্তারিত কৌশল এখনো রহস্যময়। কিভাবে একে অন্যের মধ্যে ঢুকে গেলো? তাদের অংশীদারিত্বের ভিত্তি কি ছিলো — মার্টিন ও মুলার যেমন হাইড্রোজেন অনুকল্পের ধারণা দিয়েছেন তেমন কিছু? নাকি অন্যকিছু? অণুজীব দুইটি একত্রিত থাকার টানাপোড়ন কিভাবে সামলালো? মার্টিন বলেন,”আমার মনে হয় আমাদের রোডম্যাপ ঠিক আছে, কিন্তু সেখানে সব সাদা-লাইন ও মাইলস্টোন জায়গা মতো নেই। সামগ্রিক রূপটি আছে কিন্তু বিস্তারিত বর্ণনা নেই।” হয়তো আমরা কখনোই নিশ্চিতভাবে জানতে পারবো না। সুকেন্দ্রিক কোষের উদ্ভব এতো আগে হয়েছে, তার সামান্য যে আভাসটুকু রয়েছে তাই বিস্ময়ের। তাই মতবিরোধ অনিবার্য; অনিশ্চয়তা নিশ্চিত।

মার্টিন বলে, “আপনি কখনোই বিবর্তনের প্রথম দিকে আসলে কি ঘটেছিলো সে বিষয়ে কাউকে সন্তুষ্ট করতে পারবেন না, কারণ প্রত্যেকে নিজস্ব মত আঁকড়ে রাখতে চায়। তবে আমি সবাইকে সন্তুষ্ট করতে চাই না। আমি এসব সমস্যার সমাধান করেছি নিজের সন্তোষের জন্য, আর এ সমাধান যথেষ্ট সামঞ্জস্যপূর্ণ বলে মনে হচ্ছে। আমি আনন্দিত।

[এড ইয়ং এর Unique Merger প্রবন্ধের অনুবাদ।]

Ed Yong is an award-winning science writer. His work has appeared in Wired, Nature, the BBC, New Scientist, the Guardian, the Times, Aeon, Discover, Scientific American, The Scientist, the BMJ, Slate, and more.

বিজ্ঞাপন

আরাফাত রহমান
অণুজীববিজ্ঞানের ছাত্র ছিলাম, বর্তমানে ইউনিভার্সিটি অফ ক্যালিফোর্নিয়া, রিভারসাইড-এ পিএইচডি গবেষক। যুক্ত আছি বায়ো-বায়ো-১ ও অনুসন্ধিৎসু চক্র বিজ্ঞান সংগঠনের সঙ্গে। আমার প্রকাশিত বই "মস্তিষ্ক, ঘুম ও স্বপ্ন" (প্রকৃতি পরিচয়, ২০১৫) ও "প্রাণের বিজ্ঞান" (প্রকৃতি পরিচয়, ২০১৭)।