آخری سال، جیمز پیلیسر ساتھی سائنسدانوں کی ایک ٹیم کو آسٹریلیا کے مشرق میں واقع ایک جزیرے گرانڈے ٹیرے کے جنگل میں لے گئے۔ وہ ایک فرن کی تلاش میں تھے۔ Tmesipteris oblanceolata. صرف چند انچ لمبے کھڑے، جنگل کے فرش پر تلاش کرنا آسان نہیں تھا۔
سپین میں بارسلونا کے بوٹینیکل انسٹی ٹیوٹ میں کام کرنے والے پیلیسر نے کہا، “یہ آنکھ نہیں پکڑتا۔”“آپ شاید اس پر قدم رکھیں گے اور اسے احساس تک نہیں ہوگا۔”
سائنس دان آخرکار غیر بیانیہ فرن کو تلاش کرنے میں کامیاب ہوگئے۔ جب پیلیسر اور ان کے ساتھیوں نے لیبارٹری میں اس کا مطالعہ کیا، تو انھوں نے دریافت کیا کہ اس میں ایک غیر معمولی راز ہے۔ Tmesipteris oblanceolata سب سے زیادہ جانا جاتا ہے جینوم زمین پر. جیسا کہ محققین نے جمعہ کو شائع ہونے والے ایک مطالعہ میں بیان کیا ہے، فرن کے خلیات 50 گنا سے زیادہ پر مشتمل ہیں ڈی این اے جیسا کہ ہمارے کرتے ہیں.
اگر آپ کو یہ عجیب لگتا ہے کہ اس طرح کے شائستہ پودے میں اتنا بڑا جینوم ہے، تو سائنسدان بھی کرتے ہیں۔ یہ معمہ 1950 کی دہائی میں ابھرا، جب ماہرین حیاتیات نے دریافت کیا کہ ڈی این اے کا ڈبل ہیلکس جینز کو انکوڈ کرتا ہے۔ ہر جین جینیاتی خطوط کی ایک سیریز پر مشتمل ہوتا ہے، اور ہمارے خلیے ان حروف کو پڑھ کر متعلقہ پروٹین بناتے ہیں۔
سائنس دانوں نے فرض کیا کہ انسانوں اور دیگر پیچیدہ پرجاتیوں کو بہت سے مختلف پروٹین بنانا چاہیے اور اس لیے ان کے بڑے جینوم ہوتے ہیں۔ لیکن جب انہوں نے مختلف جانوروں میں ڈی این اے کا وزن کیا تو انہیں معلوم ہوا کہ وہ انتہائی غلط تھے۔ مینڈکوں، سیلامینڈرز اور پھیپھڑوں کی مچھلی میں انسانوں سے کہیں زیادہ بڑے جینوم تھے۔
یہ پتہ چلتا ہے کہ جینوم سائنسدانوں کی توقع سے کہیں زیادہ عجیب ہیں۔ مثال کے طور پر، ہمارے پاس تقریباً 20,000 پروٹین کوڈنگ جین ہوتے ہیں، لیکن وہ ہمارے جینوم میں حروف کے 3 بلین جوڑوں میں سے صرف 1.5 فیصد بنتے ہیں۔
مزید 9٪ یا اس سے زیادہ ڈی این اے کے پھیلاؤ سے بنا ہے جو پروٹین کو انکوڈ نہیں کرتے ہیں لیکن پھر بھی اہم کام انجام دیتے ہیں۔ ان میں سے کچھ، مثال کے طور پر، پڑوسی جینز کو آن اور آف کرنے کے لیے سوئچ کی طرح کام کرتے ہیں۔
انسانی جینوم کے دیگر 90٪ کا کوئی معروف کام نہیں ہے۔ کچھ سائنس دانوں کے پاس پراسرار ڈی این اے کی اس وسیع مقدار کے لیے پیار بھرا عرفی نام ہے: ردی۔
کچھ پرجاتیوں میں تھوڑا سا ردی ڈی این اے ہوتا ہے، جبکہ دیگر میں حیران کن مقدار ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، افریقی پھیپھڑوں کی مچھلی میں پروٹین کوڈنگ کرنے والے جینز کی اتنی ہی تعداد ہوتی ہے جتنی کہ ہم کرتے ہیں، لیکن وہ ایک بڑے جینوم میں بکھرے ہوئے ہیں جس میں ڈی این اے حروف کے 40 بلین جوڑے ہیں — ہمارے اپنے جینوم سے 13 گنا زیادہ ڈی این اے۔
2000 کی دہائی کے اوائل میں، جب پیلیسر نے ماہر نباتات کے طور پر تربیت حاصل کی، تو وہ یہ جاننے کے لیے متوجہ ہوئے کہ پودوں کے چند نسبوں میں بھی بڑے جینوم ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، پیاز کا جینوم ہمارے سے پانچ گنا بڑا ہے۔
2010 میں، جب پیلیسر نے لندن کے Kew Gardens میں کام کرنا شروع کیا، تو اسے پودوں کے ایک ایسے خاندان کا مطالعہ کرنے کا موقع ملا جو بنچ فلاورز کے نام سے جانا جاتا تھا، جن میں بڑے جینوم ہوتے تھے۔ اس نے کئی مہینوں کو ریزر بلیڈ سے پتوں کو کاٹنے میں، درجنوں پرجاتیوں کے خلیوں کو الگ کرنے اور ان کے ڈی این اے کا وزن کرنے میں صرف کیا۔
جب اس نے پیرس جاپونیکا نامی پودے کے جینوم کا وزن کیا، جو جاپان کے شہر ناگانو کے قریب پہاڑوں میں اگتا ہے، تو وہ نتیجہ دیکھ کر حیران رہ گیا۔ عام پھول میں 148 بلین جوڑے حروف پر مشتمل ایک جینوم تھا – یہ ایک عالمی ریکارڈ ہے۔
اس کے بعد کے سالوں میں، ساتھیوں نے اسے آسٹریلیا اور نیوزی لینڈ سے فرنز کے تازہ نمونے کاٹنے کے لیے بھیجے۔ اس نے دریافت کیا کہ ان پودوں میں بھی بڑے پیمانے پر جینوم تھے، حالانکہ وہ پیرس جاپونیکا کے جتنے بڑے نہیں تھے۔
پیلیسر جانتا تھا کہ متعلقہ فرن کی نسلیں بحر الکاہل کے چند جزیروں پر بڑھتی ہیں۔ 2016 میں، اس نے نیو کیلیڈونیا کے نام سے مشہور جزیرہ نما کا حصہ، گرانڈے ٹیرے کی مہم کے لیے منصوبہ بندی کرنا شروع کی۔
یہ 2023 تک نہیں تھا کہ آخر کار اس نے اسے جزیرے پر پہنچا دیا۔ اس نے ایک ٹیم کے ساتھ کئی پرجاتیوں کو اکٹھا کیا جس میں کیو کے ساتھی، اس کے گریجویٹ طالب علم پول فرنانڈیز اور مقامی پودوں کے ماہرین شامل تھے۔
بارسلونا میں واپس، فرنانڈیز یہ جان کر حیران رہ گئے کہ Tmesipteris oblanceolata کے جینوم میں ڈی این اے حروف کے تقریباً 160 بلین جوڑے ہیں۔ پیلیسر کے ریکارڈ توڑنے والا جینوم دریافت کرنے کے تیرہ سال بعد، اس کا گریجویٹ طالب علم بھی ریکارڈ توڑنے کے سنسنی کا سامنا کر رہا تھا۔
دو اہم طریقے ہیں جن میں جینوم ارتقائی وقت کے ساتھ پھیلتے ہیں۔ بہت سی پرجاتیوں میں ڈی این اے کے وائرس کی طرح پھیلے ہوتے ہیں۔ جب وہ اپنے جینوم کی نئی کاپیاں بناتے ہیں، وہ بعض اوقات غلطی سے اس وائرل اسٹریچ کی ایک اضافی کاپی بنا لیتے ہیں۔ کئی نسلوں میں، ایک نوع ہزاروں نئی کاپیاں جمع کر سکتی ہے، جس سے اس کا جینوم پھول جاتا ہے۔
یہ بھی ممکن ہے کہ کسی نوع کا اچانک ایک کے بجائے دو جینوم ہو جائیں۔ ایک اضافی جینوم پیدا کرنے کا ایک طریقہ یہ ہے کہ دو قریب سے متعلقہ پرجاتیوں کو جوڑ دیا جائے۔ ان کی ہائبرڈ اولاد دونوں والدین سے ڈی این اے کے مکمل سیٹ حاصل کر سکتی ہے۔
پیلیسر اور ان کے ساتھیوں کو شبہ ہے کہ وائرس نما ڈی این اے اور نقل شدہ جینوم کا مجموعہ اس بڑی مقدار کے لیے ذمہ دار ہے۔ جینیاتی مواد Tmesipteris oblanceolata میں. لیکن وہ نہیں جانتے کہ یہ عاجز فرن کیوں ریکارڈ قائم کرنے والے جینوم کے ساتھ ختم ہوا جب کہ دوسری نسلوں میں — ہماری طرح — کا ڈی این اے بہت کم ہے۔
یہ ممکن ہے کہ زیادہ تر انواع آہستہ آہستہ اپنے جینوم میں ڈی این اے کو بغیر کسی نقصان کے جمع کر لیں۔ حیاتیات کا ایک بہت 'کیوں نہیں؟' نیوزی لینڈ انسٹی ٹیوٹ فار پلانٹ اینڈ فوڈ ریسرچ کی جینومکسٹ جولی بلومارٹ نے کہا کہ 'کیوں؟'
تاہم، بالآخر، جینوم اتنے بڑے ہو سکتے ہیں کہ وہ ایک بوجھ بن جاتے ہیں۔ خلیوں کو تمام اضافی ڈی این اے کو گھر میں پھیلانا پڑ سکتا ہے۔ انہیں اپنے بڑے جینوم کی نئی کاپیاں بنانے کے لیے بھی زیادہ وقت اور زیادہ غذائی اجزاء کی ضرورت ہوتی ہے۔ بڑے جینوم کے ساتھ ایک جاندار چھوٹے کے ساتھ حریف سے ہار سکتا ہے۔ لہذا تغیرات جو غیر ضروری ڈی این اے کو کاٹ دیتے ہیں ارتقاء کی طرف سے پسند کیا جا سکتا ہے.
یہ ممکن ہے کہ جانور اور پودے حقیقی معنوں میں دیو ہیکل جینومز کو صرف خاص ماحول میں تیار کر سکتے ہیں، جیسے کہ مستحکم آب و ہوا میں جہاں کم مقابلہ ہوتا ہے۔ پیلیسر نے کہا، “شاید اسی وجہ سے وہ بہت نایاب ہیں — وہ ختم ہو جاتے ہیں کیونکہ وہ کارآمد نہیں ہیں۔”
یہاں تک کہ سب سے زیادہ خوش آئند گھر میں بھی، جینوم لامحدود سائز تک نہیں بڑھ سکتے۔ درحقیقت، پیلیسر کو شبہ ہے کہ Tmesipteris oblanceolata تقریباً جینوم کی جسمانی حد تک پہنچ چکا ہے۔ “مجھے یقین ہے کہ ہم قریب ہیں،” انہوں نے کہا۔
دوسروں کو اتنا یقین نہیں ہے۔
ورجینیا کی جارج میسن یونیورسٹی کی ماہر نباتات، برٹنی سدرلینڈ نے کہا، “مجھے نہیں معلوم کہ ہم ابھی تک کسی بالائی حد تک پہنچ چکے ہیں،” جو اس تحقیق میں شامل نہیں تھیں۔ اس نے نوٹ کیا کہ ماہرین نباتات نے پودوں کی صرف 12,000 پرجاتیوں میں جینوم کے سائز کی پیمائش کی ہے، جس سے 400,000 دیگر انواع کا مطالعہ کرنا باقی رہ گیا ہے۔ “ہمارے پاس جس چیز کا تخمینہ ہے وہ بالٹی میں کمی ہے۔” انہوں نے کہا۔
سپین میں بارسلونا کے بوٹینیکل انسٹی ٹیوٹ میں کام کرنے والے پیلیسر نے کہا، “یہ آنکھ نہیں پکڑتا۔”“آپ شاید اس پر قدم رکھیں گے اور اسے احساس تک نہیں ہوگا۔”
سائنس دان آخرکار غیر بیانیہ فرن کو تلاش کرنے میں کامیاب ہوگئے۔ جب پیلیسر اور ان کے ساتھیوں نے لیبارٹری میں اس کا مطالعہ کیا، تو انھوں نے دریافت کیا کہ اس میں ایک غیر معمولی راز ہے۔ Tmesipteris oblanceolata سب سے زیادہ جانا جاتا ہے جینوم زمین پر. جیسا کہ محققین نے جمعہ کو شائع ہونے والے ایک مطالعہ میں بیان کیا ہے، فرن کے خلیات 50 گنا سے زیادہ پر مشتمل ہیں ڈی این اے جیسا کہ ہمارے کرتے ہیں.
اگر آپ کو یہ عجیب لگتا ہے کہ اس طرح کے شائستہ پودے میں اتنا بڑا جینوم ہے، تو سائنسدان بھی کرتے ہیں۔ یہ معمہ 1950 کی دہائی میں ابھرا، جب ماہرین حیاتیات نے دریافت کیا کہ ڈی این اے کا ڈبل ہیلکس جینز کو انکوڈ کرتا ہے۔ ہر جین جینیاتی خطوط کی ایک سیریز پر مشتمل ہوتا ہے، اور ہمارے خلیے ان حروف کو پڑھ کر متعلقہ پروٹین بناتے ہیں۔
سائنس دانوں نے فرض کیا کہ انسانوں اور دیگر پیچیدہ پرجاتیوں کو بہت سے مختلف پروٹین بنانا چاہیے اور اس لیے ان کے بڑے جینوم ہوتے ہیں۔ لیکن جب انہوں نے مختلف جانوروں میں ڈی این اے کا وزن کیا تو انہیں معلوم ہوا کہ وہ انتہائی غلط تھے۔ مینڈکوں، سیلامینڈرز اور پھیپھڑوں کی مچھلی میں انسانوں سے کہیں زیادہ بڑے جینوم تھے۔
یہ پتہ چلتا ہے کہ جینوم سائنسدانوں کی توقع سے کہیں زیادہ عجیب ہیں۔ مثال کے طور پر، ہمارے پاس تقریباً 20,000 پروٹین کوڈنگ جین ہوتے ہیں، لیکن وہ ہمارے جینوم میں حروف کے 3 بلین جوڑوں میں سے صرف 1.5 فیصد بنتے ہیں۔
مزید 9٪ یا اس سے زیادہ ڈی این اے کے پھیلاؤ سے بنا ہے جو پروٹین کو انکوڈ نہیں کرتے ہیں لیکن پھر بھی اہم کام انجام دیتے ہیں۔ ان میں سے کچھ، مثال کے طور پر، پڑوسی جینز کو آن اور آف کرنے کے لیے سوئچ کی طرح کام کرتے ہیں۔
انسانی جینوم کے دیگر 90٪ کا کوئی معروف کام نہیں ہے۔ کچھ سائنس دانوں کے پاس پراسرار ڈی این اے کی اس وسیع مقدار کے لیے پیار بھرا عرفی نام ہے: ردی۔
کچھ پرجاتیوں میں تھوڑا سا ردی ڈی این اے ہوتا ہے، جبکہ دیگر میں حیران کن مقدار ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر، افریقی پھیپھڑوں کی مچھلی میں پروٹین کوڈنگ کرنے والے جینز کی اتنی ہی تعداد ہوتی ہے جتنی کہ ہم کرتے ہیں، لیکن وہ ایک بڑے جینوم میں بکھرے ہوئے ہیں جس میں ڈی این اے حروف کے 40 بلین جوڑے ہیں — ہمارے اپنے جینوم سے 13 گنا زیادہ ڈی این اے۔
2000 کی دہائی کے اوائل میں، جب پیلیسر نے ماہر نباتات کے طور پر تربیت حاصل کی، تو وہ یہ جاننے کے لیے متوجہ ہوئے کہ پودوں کے چند نسبوں میں بھی بڑے جینوم ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، پیاز کا جینوم ہمارے سے پانچ گنا بڑا ہے۔
2010 میں، جب پیلیسر نے لندن کے Kew Gardens میں کام کرنا شروع کیا، تو اسے پودوں کے ایک ایسے خاندان کا مطالعہ کرنے کا موقع ملا جو بنچ فلاورز کے نام سے جانا جاتا تھا، جن میں بڑے جینوم ہوتے تھے۔ اس نے کئی مہینوں کو ریزر بلیڈ سے پتوں کو کاٹنے میں، درجنوں پرجاتیوں کے خلیوں کو الگ کرنے اور ان کے ڈی این اے کا وزن کرنے میں صرف کیا۔
جب اس نے پیرس جاپونیکا نامی پودے کے جینوم کا وزن کیا، جو جاپان کے شہر ناگانو کے قریب پہاڑوں میں اگتا ہے، تو وہ نتیجہ دیکھ کر حیران رہ گیا۔ عام پھول میں 148 بلین جوڑے حروف پر مشتمل ایک جینوم تھا – یہ ایک عالمی ریکارڈ ہے۔
اس کے بعد کے سالوں میں، ساتھیوں نے اسے آسٹریلیا اور نیوزی لینڈ سے فرنز کے تازہ نمونے کاٹنے کے لیے بھیجے۔ اس نے دریافت کیا کہ ان پودوں میں بھی بڑے پیمانے پر جینوم تھے، حالانکہ وہ پیرس جاپونیکا کے جتنے بڑے نہیں تھے۔
پیلیسر جانتا تھا کہ متعلقہ فرن کی نسلیں بحر الکاہل کے چند جزیروں پر بڑھتی ہیں۔ 2016 میں، اس نے نیو کیلیڈونیا کے نام سے مشہور جزیرہ نما کا حصہ، گرانڈے ٹیرے کی مہم کے لیے منصوبہ بندی کرنا شروع کی۔
یہ 2023 تک نہیں تھا کہ آخر کار اس نے اسے جزیرے پر پہنچا دیا۔ اس نے ایک ٹیم کے ساتھ کئی پرجاتیوں کو اکٹھا کیا جس میں کیو کے ساتھی، اس کے گریجویٹ طالب علم پول فرنانڈیز اور مقامی پودوں کے ماہرین شامل تھے۔
بارسلونا میں واپس، فرنانڈیز یہ جان کر حیران رہ گئے کہ Tmesipteris oblanceolata کے جینوم میں ڈی این اے حروف کے تقریباً 160 بلین جوڑے ہیں۔ پیلیسر کے ریکارڈ توڑنے والا جینوم دریافت کرنے کے تیرہ سال بعد، اس کا گریجویٹ طالب علم بھی ریکارڈ توڑنے کے سنسنی کا سامنا کر رہا تھا۔
دو اہم طریقے ہیں جن میں جینوم ارتقائی وقت کے ساتھ پھیلتے ہیں۔ بہت سی پرجاتیوں میں ڈی این اے کے وائرس کی طرح پھیلے ہوتے ہیں۔ جب وہ اپنے جینوم کی نئی کاپیاں بناتے ہیں، وہ بعض اوقات غلطی سے اس وائرل اسٹریچ کی ایک اضافی کاپی بنا لیتے ہیں۔ کئی نسلوں میں، ایک نوع ہزاروں نئی کاپیاں جمع کر سکتی ہے، جس سے اس کا جینوم پھول جاتا ہے۔
یہ بھی ممکن ہے کہ کسی نوع کا اچانک ایک کے بجائے دو جینوم ہو جائیں۔ ایک اضافی جینوم پیدا کرنے کا ایک طریقہ یہ ہے کہ دو قریب سے متعلقہ پرجاتیوں کو جوڑ دیا جائے۔ ان کی ہائبرڈ اولاد دونوں والدین سے ڈی این اے کے مکمل سیٹ حاصل کر سکتی ہے۔
پیلیسر اور ان کے ساتھیوں کو شبہ ہے کہ وائرس نما ڈی این اے اور نقل شدہ جینوم کا مجموعہ اس بڑی مقدار کے لیے ذمہ دار ہے۔ جینیاتی مواد Tmesipteris oblanceolata میں. لیکن وہ نہیں جانتے کہ یہ عاجز فرن کیوں ریکارڈ قائم کرنے والے جینوم کے ساتھ ختم ہوا جب کہ دوسری نسلوں میں — ہماری طرح — کا ڈی این اے بہت کم ہے۔
یہ ممکن ہے کہ زیادہ تر انواع آہستہ آہستہ اپنے جینوم میں ڈی این اے کو بغیر کسی نقصان کے جمع کر لیں۔ حیاتیات کا ایک بہت 'کیوں نہیں؟' نیوزی لینڈ انسٹی ٹیوٹ فار پلانٹ اینڈ فوڈ ریسرچ کی جینومکسٹ جولی بلومارٹ نے کہا کہ 'کیوں؟'
تاہم، بالآخر، جینوم اتنے بڑے ہو سکتے ہیں کہ وہ ایک بوجھ بن جاتے ہیں۔ خلیوں کو تمام اضافی ڈی این اے کو گھر میں پھیلانا پڑ سکتا ہے۔ انہیں اپنے بڑے جینوم کی نئی کاپیاں بنانے کے لیے بھی زیادہ وقت اور زیادہ غذائی اجزاء کی ضرورت ہوتی ہے۔ بڑے جینوم کے ساتھ ایک جاندار چھوٹے کے ساتھ حریف سے ہار سکتا ہے۔ لہذا تغیرات جو غیر ضروری ڈی این اے کو کاٹ دیتے ہیں ارتقاء کی طرف سے پسند کیا جا سکتا ہے.
یہ ممکن ہے کہ جانور اور پودے حقیقی معنوں میں دیو ہیکل جینومز کو صرف خاص ماحول میں تیار کر سکتے ہیں، جیسے کہ مستحکم آب و ہوا میں جہاں کم مقابلہ ہوتا ہے۔ پیلیسر نے کہا، “شاید اسی وجہ سے وہ بہت نایاب ہیں — وہ ختم ہو جاتے ہیں کیونکہ وہ کارآمد نہیں ہیں۔”
یہاں تک کہ سب سے زیادہ خوش آئند گھر میں بھی، جینوم لامحدود سائز تک نہیں بڑھ سکتے۔ درحقیقت، پیلیسر کو شبہ ہے کہ Tmesipteris oblanceolata تقریباً جینوم کی جسمانی حد تک پہنچ چکا ہے۔ “مجھے یقین ہے کہ ہم قریب ہیں،” انہوں نے کہا۔
دوسروں کو اتنا یقین نہیں ہے۔
ورجینیا کی جارج میسن یونیورسٹی کی ماہر نباتات، برٹنی سدرلینڈ نے کہا، “مجھے نہیں معلوم کہ ہم ابھی تک کسی بالائی حد تک پہنچ چکے ہیں،” جو اس تحقیق میں شامل نہیں تھیں۔ اس نے نوٹ کیا کہ ماہرین نباتات نے پودوں کی صرف 12,000 پرجاتیوں میں جینوم کے سائز کی پیمائش کی ہے، جس سے 400,000 دیگر انواع کا مطالعہ کرنا باقی رہ گیا ہے۔ “ہمارے پاس جس چیز کا تخمینہ ہے وہ بالٹی میں کمی ہے۔” انہوں نے کہا۔