वैज्ञानिकों ने साइनोबैक्टीरिया में एक नए एंजाइम फ़ंक्शन की खोज की है जिससे बेहतर कार्बन-कैप्चरिंग फसलें हो सकती हैं, संभावित रूप से खाद्य उत्पादन में वृद्धि हो सकती है और जलवायु लचीलापन बढ़ सकता है।
शोधकर्ताओं ने एक महत्वपूर्ण एंजाइम के तंत्र को उजागर किया है, जिसे "प्रकृति के खाका में छिपा हुआ" कहा जाता है, जिससे पता चलता है कि कोशिकाएं कार्बन निर्धारण में महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं को कैसे नियंत्रित करती हैं, जो पृथ्वी पर जीवन के लिए मौलिक प्रक्रिया है।
यह खोज इंजीनियर जलवायु-लचीली फसलों को वातावरण से अधिक कुशलता से कार्बन डाइऑक्साइड सोखने में मदद कर सकती है, जिससे इस प्रक्रिया में अधिक भोजन पैदा करने में मदद मिलेगी। यह सफलता द ऑस्ट्रेलियन नेशनल यूनिवर्सिटी (एएनयू) और यूनिवर्सिटी ऑफ न्यूकैसल (यूओएन) के वैज्ञानिकों द्वारा बनाई गई थी।
जर्नल साइंस एडवांसेज में 10 मई को प्रकाशित शोध, कार्बोक्सिसोमल कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ (सीएसओएससीए) नामक एंजाइम के पहले अज्ञात कार्य को प्रदर्शित करता है, जो साइनोबैक्टीरिया में पाया जाता है - जिसे नीले-हरे शैवाल भी कहा जाता है - सूक्ष्मजीवों को निकालने की क्षमता को अधिकतम करने के लिए वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड.
सायनोबैक्टीरिया आमतौर पर झीलों और नदियों में अपने जहरीले फूलों के लिए जाने जाते हैं। लेकिन ये छोटे नीले-हरे कीड़े व्यापक हैं, जो दुनिया के महासागरों में भी रहते हैं।
यद्यपि वे पर्यावरणीय खतरा पैदा कर सकते हैं, शोधकर्ता उन्हें "छोटे कार्बन सुपरहीरो" के रूप में वर्णित करते हैं। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के माध्यम से , वे हर साल दुनिया के लगभग 12 प्रतिशत कार्बन डाइऑक्साइड को ग्रहण करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
सायनोबैक्टीरिया प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया का एक समूह है, जिसे अक्सर "नीला-हरा शैवाल" कहा जाता है, हालांकि वे प्रोकैरियोट हैं और सच्चे शैवाल नहीं हैं। ये जीव महासागरों से लेकर मीठे पानी से लेकर नंगी चट्टान तक जलीय और स्थलीय वातावरण की एक विस्तृत श्रृंखला में पाए जाते हैं। साइनोबैक्टीरिया ऑक्सीजनयुक्त प्रकाश संश्लेषण करने की अपनी क्षमता के लिए जाने जाते हैं, जिसका अर्थ है कि वे पौधों के समान, उपोत्पाद के रूप में ऑक्सीजन का उत्पादन करते हैं। यह प्रक्रिया पृथ्वी पर जीवन के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह वायुमंडल में ऑक्सीजन के उत्पादन में महत्वपूर्ण योगदान देती है।
एएनयू के पहले लेखक और पीएचडी शोधकर्ता साचा पल्सफोर्ड बताते हैं कि ये सूक्ष्मजीव कार्बन को पकड़ने में कितने उल्लेखनीय रूप से कुशल हैं।
“पौधों के विपरीत, सायनोबैक्टीरिया में कार्बन डाइऑक्साइड सांद्रण तंत्र (सीसीएम) नामक एक प्रणाली होती है, जो उन्हें वायुमंडल से कार्बन को ठीक करने और इसे मानक पौधों और फसल प्रजातियों की तुलना में काफी तेज दर पर शर्करा में बदलने की अनुमति देती है ,” सुश्री पल्स्फोर्ड ने कहा।
सीसीएम के केंद्र में बड़े प्रोटीन डिब्बे होते हैं जिन्हें कार्बोक्सीसोम्स कहा जाता है। ये संरचनाएं कार्बन डाइऑक्साइड, आवास CsoSCA और रुबिस्को नामक एक अन्य एंजाइम को अलग करने के लिए जिम्मेदार हैं।
एंजाइम CsoSCA और रूबिस्को एक साथ काम करते हैं, जो CCM की अत्यधिक कुशल प्रकृति को प्रदर्शित करते हैं। CsoSCA कार्बोक्सीसोम के अंदर कार्बन डाइऑक्साइड की एक उच्च स्थानीय सांद्रता बनाने के लिए काम करता है जिसे रुबिस्को निगल सकता है और कोशिका के खाने के लिए शर्करा में बदल सकता है।
यूओएन के प्रमुख लेखक डॉ. बेन लॉन्ग ने कहा: “अब तक, वैज्ञानिक अनिश्चित थे कि सीएसओएससीए एंजाइम को कैसे नियंत्रित किया जाता है। हमारा अध्ययन इस रहस्य को उजागर करने पर केंद्रित है, विशेष रूप से दुनिया भर में पाए जाने वाले साइनोबैक्टीरिया के एक प्रमुख समूह में। हमने जो पाया वह पूरी तरह अप्रत्याशित था।
“सीएसओएससीए एंजाइम आरयूबीपी नामक एक अन्य अणु की धुन पर नृत्य करता है, जो इसे एक स्विच की तरह सक्रिय करता है।
“प्रकाश संश्लेषण को सैंडविच बनाने की तरह सोचें। हवा से कार्बन डाइऑक्साइड भराव है, लेकिन एक प्रकाश संश्लेषक कोशिका को रोटी प्रदान करने की आवश्यकता होती है। वह आरयूबीपी है।
“जैसे आपको सैंडविच बनाने के लिए ब्रेड की आवश्यकता होती है, कार्बन डाइऑक्साइड को चीनी में बदलने की दर इस बात पर निर्भर करती है कि आरयूबीपी की आपूर्ति कितनी तेजी से की जाती है।
“सीएसओएससीए एंजाइम रूबिस्को को कितनी तेजी से कार्बन डाइऑक्साइड की आपूर्ति करता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि आरयूबीपी कितना मौजूद है। जब पर्याप्त हो जाता है, तो एंजाइम चालू हो जाता है। लेकिन अगर सेल में आरयूबीपी खत्म हो जाता है, तो एंजाइम बंद हो जाता है, जिससे सिस्टम अत्यधिक ट्यून्ड और कुशल हो जाता है।
"आश्चर्यजनक रूप से, CsoSCA एंजाइम हमेशा से प्रकृति के खाके में अंतर्निहित रहा है, जो खोजे जाने की प्रतीक्षा कर रहा है।"
वैज्ञानिकों का कहना है कि इंजीनियरिंग फसलें जो कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने और उपयोग करने में अधिक कुशल हैं, नाइट्रोजन उर्वरक और सिंचाई प्रणालियों की मांग को कम करते हुए फसल की उपज में व्यापक सुधार करके कृषि उद्योग को भारी बढ़ावा देगी।
यह यह भी सुनिश्चित करेगा कि दुनिया की खाद्य प्रणालियाँ जलवायु परिवर्तन के प्रति अधिक लचीली हों।
सुश्री पल्सफ़ोर्ड ने कहा: "यह समझना कि सीसीएम कैसे काम करता है, न केवल पृथ्वी की जैव-भू-रसायन विज्ञान के लिए मौलिक प्राकृतिक प्रक्रियाओं के बारे में हमारे ज्ञान को समृद्ध करता है, बल्कि दुनिया के सामने आने वाली कुछ सबसे बड़ी पर्यावरणीय चुनौतियों के लिए स्थायी समाधान बनाने में भी हमारा मार्गदर्शन कर सकता है।"
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