প্রাণ কী ৪: আরএনএ পৃথিবীর আড়ালে

দ্বিতীয় পর্বে বলেছিলাম -

আর তৃতীয় পর্ব থেকে জানছি কিভাবে প্রথম জৈব অণু তৈরি হয়েছিল। কিন্তু, এই উপরোক্ত দুইটা জিনিসের মধ্যে সম্পর্ক তৈরি করা প্রয়োজন যায় যার মাধ্যমে আমরা প্রথম প্রাণকে ব্যাখ্যা করতে পারবো। অর্থাৎ, প্রথম প্রাণ তৈরির জন্য প্রয়োজন এমন একটি ব্যবস্থা যাতে প্রথম জৈব অনুগুলি স্বয়ম্ভর আর স্বনবায়নযোগ্য পদ্ধতি চালু করতে পারবে। এই ব্যবস্থাটার নাম দেই আমরা প্রাক-কোষ বা protocells।

স্বপরিবেষ্টন (self-enclosement)

একটি জীবিত প্রাক-কোষ তৈরির প্রথম ধাপ হলো কোষের ভেতরের জিনিসপাতি রক্ষা করার চারপাশ ঘিরে থাকা এক আবরণী যাকে ভেঙে ফেললে আবার স্বপরিবেষ্টিত একটা বল তৈরি করতে পারে। এমন কোন আদিযৌগের চমৎকার উদাহরণ হলো এমন একটি যৌগ যা দিয়ে আমাদের আধুনিক কোষও গঠিত - ফসফোলিপিড। এই অণুর একপাশ, নীচের ছবির বলের মত জায়গাটা পানির অণুকে পছন্দ করে, আবার আরেকপাশ পানিকে অপছন্দ করে। এমন অদ্ভুত ধর্মের কারনে এই অণুগুলি চমৎকার বেষ্টনি হিসেবে কাজ করে।

কারণটা খুব সাধারন। চর্বি অণুগুলিকে পানিতে ছেড়ে দিলে এদের পানি থেকে দূরে থাকতে চাওয়া অংশগুলি (লেজ) দ্রুত পানি থেকে সরে যায়, আর পানি পছন্দ করা অংশগুলি দ্রুত পানির দিকে চলে যায়। ফলে নিচের ছবির মত এরা পানিতে কতগুলি গঠন তৈরি করে স্বচ্ছন্দে, নিজে নিজেই! এদের বিভিন্ন নাম, যেমন মাইসেল, লাইপোজোম, বাইলেয়ার শিট বা দ্বিস্তরী-পর্দা ইত্যাদি।

আর একটা কোষ তৈরির জন্য নিচের ছবির মত আদর্শ গঠন আর কী হতে পারে যে গঠনটি কোষের ভেতরের অতি মূল্যবান অণুগুলিকে বাইরের পরিবেশ থেকে রক্ষা করবে। আবার, এরকম ভেসিকেল বা থলীর মত একটা গঠন খুবই স্থায়ী। ২০০২ এবং ২০১২ সালের দুইটি পরীক্ষা দেখাচ্ছে যে আদি, মাত্র শীতল হওয়া পৃথিবীর পরিবেশ এরকম থলী তৈরির জন্য আদর্শ ছিল।

জিয়াণু!

এবার আসি মজার একটা গল্পে। ১৯৬৩ সালের কথা। কৃষ্ঞ বাহাদুর নামের এক ভারতীয় বিজ্ঞানী এবং তাঁর দল মিলে একদিন তাদের টেস্টটিউবে কিছু ছোট ছোট থলী তৈরি হয়েছে দেখতে পেলেন। আসলে বেশকয়েক বছর আগে থেকেই কৃষ্ঞর দল কাজ করছিলেন কিভাবে কৃত্রিমভাবে এমিনো এসিড তৈরি করা যায় তা নিয়ে, এবং ১৯৫৪ সালে তারা একটি নিবন্ধও প্রকাশ করেছিলেন তাদের সফল পরীক্ষা নিয়ে। অনেকটা, তৃতীয় পর্বে উল্লেখ করা মিলার-উরে পরীক্ষার মতই, তবে এক্ষেত্রে সূর্যালোকে বিভিন্ন অজৈব অণু মিশিয়ে রাসায়নিক ক্রিয়া ঘটিয়ে এমিনো এসিড তৈরি করেছিলেন তারা।

এই থলীর ছিল অর্ধ-প্রবেশ্য (semi-permeable) গুন, এর মধ্যে ছিল এমিনো এসিড, কার্বোহাইড্রেট এবং ফসফোলিপিড, ঠিক যেমনটি দেখা যায় আজকের কোষের ঝিল্লীগুলিতে। আবার আমাদের আধুনিক কোষের জন্য অবশ্যপ্রয়োজনীয় উপাদানগুলির এককগুলি, এমিনো এসিড, নাইট্রোজেন বেইজ, শর্করা ইত্যাদি তার প্রাক-কোষে খুঁজে পেয়েছিলেন পরবর্তীতে যার গুরুত্ব অসীম বলা চলে। এভাবেই হয়তো পরবর্তীতে কোষের উদ্ভব হয়েছিল, যেখানে নাইট্রোজেন বেইজ আরএনএ তৈরি করেছে আর এমিনো এসিড প্রোটিন তৈরি করেছে।

প্রায় জীবিত কোষের মত গুন বলে কৃষ্ঞ এই থলীগুলির নাম রাখলেন জিয়াণু (Jeewanu), সংস্কৃতে যার অর্থ জীবনের অণু। বাংলায় জীবাণু শব্দটি এখান থেকেই এসেছে। (কিন্তু আমরা যাকে জীবাণু বলি সেটা নয়।) তবে কৃষ্ঞ বাহাদুরের আবিষ্কারকে ঠিক প্রাণ বলা চলতো না, বরং প্রাণের শুরুর কোন পর্যায় বলা চলতো। পরবর্তীতে এনিয়ে বহু বিতর্ক হয়েছে, এমনকি নাসাও নাক গলিয়েছিল। সে নিয়ে আর কথা বাড়াচ্ছিনা।

কিন্তু দেখা গিয়েছে যে জিয়াণু বা একেবারে প্রাথমিক ফসফোলিপিড থলীতে ৭টি এমিনো এসিড দিয়ে তৈরি পেপটাইড (অতিক্ষুদ্র প্রোটিন) এসে লেগে যেতে পারে। অর্থাৎ এই থলীগুলিতে এমিনো এসিডের শিকল বা পরবর্তীতে প্রোটিনের সন্নিবেশ ঘটাটা সময়ের ব্যাপার ছিল মাত্র।

কিন্তু, প্রাণের জন্য অবশ্যই যে জিনিস থাকতে হয়, সেই জিনগত বৈশিষ্ট্যের ধারক অণুর আগমন কিভাবে ঘটলো আর তা থেকে এক স্বনবায়নক্ষম পদ্ধতি চালু হল কিভাবে সেটা নিয়ে একটু আলোকপাত করি।

আরএনএ পৃথিবী

আণবিক জীববিজ্ঞানের সবচেয়ে প্রারম্ভিক, কিন্তু সম্ভবত সবচেয়ে কঠিন প্রশ্নটা হলো জীবকোষে চলতে থাকা জটিল প্রক্রিয়াগুলির শুরু প্রথম কিভাবে হয়েছিল। আধুনিক কোষগুলির ভেতরে চলতে থাকা মহাযজ্ঞ অতি জটিল, কিন্তু এই জটিলতা নিয়েই যে শুরুটা হয়নি সেবিষয়ে মোটামুটি বিজ্ঞানীরা একমত। যেমন, আধুনিক কোষের সবচেয়ে অতাবশ্যকীয় এবং অন্যতম জটিল কর্ম হলো কিভাবে বংশগতিক তথ্য প্রকাশিত হয় সেই প্রক্রিয়া। সাধারনভাবে ডিএনএ থেকে আরএনএ হয়ে প্রোটিনে প্রকাশ ঘটে। মানে আরএনএ হলো ডিএনএ এবং প্রোটিনের মধ্যকার বার্তাবাহক। কিন্তু কিভাবে প্রথম এই পদ্ধতিটির শুরু হয়েছিল? এই প্রশ্নের উত্তর খোঁজা একটা মতবাদ বলে আধুনিক এই জীবকোষের হইহুল্লোড়ের আগে ছিল এক RNA World বা আরএনএ পৃথিবী। অস্তিত্বের ইতিহাসের নিচের ছবিটি দেখুন।

পৃথিবীতে সরল একটি কোষে আরএনএ যেমন জিনগত তথ্য জমা রাখতো তেমনি বিভিন্ন রাসায়নিক ক্রিয়াও সম্পাদন করতো। কিন্তু শুধুমাত্র বিবর্তনের পরবর্তী অংশে ডিএনএ এবং প্রোটিন এসে আরএনএ'র জায়গা নিয়ে নিল যাদের দিয়ে আধুনিক জীবকোষের তথ্যসংরক্ষণ, রাসায়নিক ক্রিয়া, আদানপ্রদান চলছে আর গাঠনিক কাঠামো তৈরি। এই মতবাদ বা প্রপঞ্চ যদি সত্যিও হয়ে থাকে তারপরও কিন্তু আরএনএ থেমে নেই বা এর কর্মক্ষমতা লোপ পাইনি। আধুনিক জীবকোষগুলিতে এখনও আরএনএ কিছু অপরিহার্য রাসায়নিক ক্রিয়া সম্পাদন করে।

আরএনএ কী জিনিস সেটা একটু সহজভাবে বলে নেই। আমরা সাধারণভাবে জানি ডিএনএ হলো জীবের তথ্যের অাঁধার, যে তথ্য বংশানুক্রমে জীব থেকে জীবে এবং কোষ থেকে কোষে একইভাবে বা কিছুটু পরিবর্তিত হয়ে পরিবাহিত হয়। আরএনএ হল ডিএনএ'র চেয়ে আরেকটু সরল গঠনের নিউক্লিয়িক এসিড। ডিএনএ'র মতই আরএনএও তৈরি হয় চার ধরনের বেইজ বা একক অণু দিয়ে, একটা বেইজে ডিএনএ এবং আরএনএ'র পার্থক্য আছে। আবার আরএনএ অণুর প্রতি একক গঠনে একটা অক্সিজেন অণু বেশি থাকে। আরএনএ অণু ডিএনএ এবং প্রোটিনের মধ্যকার বার্তাবাহক হিসেবে কাজ করে। আরএনএ দ্বিসূত্রক নয়, তবে সে নিজের সাথে গুটিয়ে বিভিন্নরকম আকৃতি ধারণ করে। এর আরও কিছু গুণ আছে যা নিচে আলোচনা করছি। এসব গুণের কারনেরই বিজ্ঞানীরা ভাবছেন আরএনএ আসলে আদিম পৃথিবীর প্রথম জটিল অণু ছিল যা কাজের দিক থেকে প্রায় সর্বেসর্বা।

আরএনএ এবং ডিএনএ'র গঠনে পার্থক্য দেখে নিন

প্রাণের জন্য প্রয়োজন স্বানুঘটন (autocatalysis)

স্বানুঘটন প্রয়োজন মানে হলো কোন একটা পদ্ধতি নিজের জন্য প্রয়োজনীয় সকল ক্রিয়া সে নিজে করছে। কিন্তু, আদিম পৃথিবীতে এমন কোন একধরণের অণু কি খুঁজে পাওয়া যায়? উত্তর হলো - হ্যাঁ। আরএনএ।

আরএনএ হলো এক অদ্ভুত জৈব অণু। এর যা গুন তা অন্য কোন জৈব অণুতে দেখা যায় না, যেসব গুণ তাকে প্রাণের প্রাথমিক জৈব অণুগুলির মধ্যে সবচেয়ে স্বাভাবিক পছন্দ হিসেবে দাঁড় করিয়েছে। যেমন, প্রাণের জন্য প্রয়োজনীয় তিনটি গুন আরএনএ'র আছে। এই অণু একইসঙ্গে -

১. তথ্য সংগ্রহ করতে পারে
২. রাসায়নিক ক্রিয়া ঘটাতে পারে
৩. নিজের প্রতিলিপি তৈরির সকল গুণ তার আছে। ২০১৪ সালের এক গবেষণা বলছে (http://www.cell.com/cell-chemical-biology/abstract/S1074-5521(13)00426-2) আরএনএ নিজের প্রতিলিপি খুব দক্ষতার সাথে তৈরি করতে পারে।

লেখায় খুব বেশি তথ্য আর জড়তা এসে যাবে বলে আমি খুব বেশি ব্যাখ্যায় যাচ্ছিনা। তবে কিছু তথ্য উল্লেখ করে রাখি। ছবির মাধ্যমে কিছু জিনিস বোঝার চেষ্টা করতে পারি কেন আরএনএ কে প্রাণের প্রথম জৈব অণুগুলির মধ্যে প্রধান হিসেবে ধরা চলে।।

ক.
আরএনএ বিভিন্নরকম দ্বিমাত্রিক গঠন তৈরি করতে পারে। আগেই বলেছি, একসূত্রক আরএনএ নিজের সঙ্গেই বন্ধন তৈরি করে বিভিন্নরকম আকৃতি গঠন করতে পারে যা তাকে রাসায়নিক ক্রিয়ায় এবং অন্য অণুর সাথে বন্ধন তৈরিতে সুবিধা দেয়।

খ.
আরএনএ আরেকটি আরএনএকে ভেঙে ফেলতে পারে। এই গুণটি খুব গুরুত্বপূর্ণ ছিল প্রাণের শুরুর জন্য। কারন এই রাসায়নিক ক্রিয়ায় একই কোষে বহু আরএনএ অণু তৈরি হতে পারতো, কোষ কোন কারনে ভেঙে গেলে যেখান থেকে একাধিক আরএনএ সম্বলিত কোষের উদ্ভব হত।

গ.
একই আরএনএ কয়েকধরনের ত্রিমাত্রিক গঠন তৈরি করে কয়েকধরনের কাজ করতে পারে। গুণটি দিয়ে আরএনএ'র সব্যসাচী ব্যবহারকে বোঝানো যায়। আদিম পৃথিবীতে যখন খুব বেশী জৈব অণুর উদ্ভব ঘটেনি তখন একক অণুর বহুকাজ খুবই গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখতে পারতো। একই অঙ্গে কতরূপ সেটা আরএনএকে দেখেই বোঝা যায়!

প্রাণের অন্যতম প্রধান লক্ষণ হলো নিজের প্রতিলিপি তৈরি করা, বা স্বনবায়নক্ষমতা। এখনকার আরএএন কে নিজের প্রতিলিপি তৈরি করতে হলে, বা প্রোটিন তৈরি করতে হলে অন্য প্রোটিনের সাহায্য নিতে হয়। যে জটিল জিনিসটা এই কাজ করে তাকে বলে রাইবোজোম (প্রচ্ছদ ছবি)। কিন্তু, বিজ্ঞানীরা ধারণা করছেন, আদি আরএনএ নিজের কাজ নিজেরই করতে হতো রাইবোজম হিসেবে, সেটা তার গুনগুলির একটি। আরএনএ যখন একাধারে তথ্যসংগ্রহ করতে পারে আবার রাসায়নিক ক্রিয়া ঘটাতে পারে তখন তাকে বলে রাইবোজাইম (রাইবোজোমের মতই)।

তাহলে, আরএনএ পৃথিবীর প্রাণের উৎপত্তির ধারণাটা কেমন হতে পারে সেটা নিচের ছবি থেকে বুঝে নেয়ার চেষ্টা করতে পারি। প্রথম প্রাক-কোষ ছিল সম্ভবত এমন একটি কোষ যেখানে আরএনএ অণু কিছু ফসফোলিপিড আবরণী দিয়ে আবদ্ধ ছিল যার ভেতরে আরএনএ অণুর একক (বেইজ) গুলি ঢুকতে পারতো। এই এককগুলিকে নিয়ে আরএনএ নিজের প্রতিলিপি তৈরি করতো। তারপর কোন কারনে যদি কোষগুলি বিভক্ত হয়ে যেত তবে কিছু কোষে আবার কিছু আরএনএ থাকতো, তারা আবার নিজেদের প্রতিলিপি তৈরি করতো।

এতো সাধারণ একটা মডেল কতটা চমকপ্রদ জীব পরবর্তীতে তৈরি করেছে, ভাবতে অবাক লাগে, তাইনা?

পরবর্তী পর্বগুলি -

১। জীবনের সংজ্ঞা
২। আত্মাহীন রসায়ন
৩। বিশ্বভরা প্রাণ!
৪। আরএনএ পৃথিবীর আড়ালে
৫। শ্রোডিঙ্গারের প্রাণ!
৬। প্রথম স্বানুলিপিকারকের খোঁজে
৭। প্রাণের আধ্যাত্মিক সংজ্ঞার পরিসর দিন দিন ছোট হয়ে আসছে
৮। ত্বকের কোষ থেকে কিভাবে পূর্ণাঙ্গ মানুষ তৈরি করবেন
৯। গবেষণাগারে কিভাবে প্রাণ তৈরি করছেন বিজ্ঞানীরা
১০। সম্পূর্ণ সংশ্লেষিত জেনোম দিয়ে প্রথমবারের মতো ব্যাকটেরিয়া সৃষ্টি: এ কি কৃত্রিম ব্যাকটেরিয়া তৈরি হলো?

সূত্র (ছবিসহ):
১। এবিষয়ে বিস্তারিত পড়তে পারেন এখান থেকে: Molecular Biology of the Cell. 4th edition.
২। http://www.talkorigins.org/faqs/abioprob/originoflife.html
৩। উইকিপিডিয়া (উইকিমিডিয়া)
৪। পচ্ছদ এনিমেশান: Thermus thermophilus ব্যাকটেরিয়ার রাইবোজোম 30S এর আণবিক গঠন, উইকিমিডিয়া থেকে।