आँखों की शुरुआत सिर्फ एक आँख से हुई थी….

रीढ़धारी जीवों (vertebrates) की आँख के विकास (evolution) ने चार्ल्स डार्विन को भी हैरत में डाल दिया था। नए शोध से पता चलता है कि इसकी शुरुआत सिर के ऊपर केवल एक आँख वाले एक अजीबोगरीब बिना रीढ़ वाले जीव (invertebrate) से हुई थी।

-लेखक: कार्ल ज़िमर-

आप लगभग किसी भी रीढ़धारी जीव को देखें, आपको दो आँखें अपनी ओर देखती हुई मिलेंगी। आसमान में चक्कर काटते बाज़ों की भी दो आँखें होती हैं और समुद्र में तैरती हैमरहेड शार्क की भी।

वैज्ञानिक लंबे समय से इस पहेली को सुलझाने में जुटे थे कि रीढ़धारी जीवों की आँखों का विकास सबसे पहले कैसे हुआ। दो नए अध्ययनों से एक बेहद अजीब शुरुआत का संकेत मिलता है: वैज्ञानिकों का प्रस्ताव है कि 560 मिलियन (56 करोड़) साल पहले हमारे बिना रीढ़ वाले पूर्वज ‘साइक्लोप्स’ (एक आँख वाले पौराणिक जीव) की तरह थे, जिनके सिर के ठीक ऊपर सिर्फ एक आँख होती थी, जो बाद में चलकर दो हिस्सों में बँट गई।

चार्ल्स डार्विन जब अपने विकासवाद के सिद्धांत (theory of evolution) पर काम कर रहे थे, तब वे रीढ़धारी जीवों की आँखों की जटिलता और बनावट को देखकर अक्सर काफी परेशान हो जाते थे। उन्होंने 1860 में अपने मित्र और अमेरिकी वनस्पति वैज्ञानिक आसा ग्रे को लिखी एक चिट्ठी में स्वीकार किया था, “आँख आज भी मेरे शरीर में एक सिहरन पैदा कर देती है।” विकासवाद ने पीढ़ियों के दौरान आए बेहद मामूली बदलावों के जरिए लेंस और रेटिना जैसे कई हिस्सों को मिलाकर आँख को कैसे तैयार कर दिया, डार्विन इसके सटीक क्रम को लेकर पूरी तरह आश्वस्त नहीं थे।

लेकिन, बिना रीढ़ वाले जीवों में मौजूद बेहद साधारण आँखों की विविधता ने उनका हौसला बढ़ाया। इनमें से कुछ आँखें केवल पिगमेंट (रंगद्रव्य) के ढेरों जैसी थीं जो सिर्फ रोशनी का पता लगा सकती थीं, जबकि कुछ बिना लेंस के साधारण कप (कटोरे) के आकार की थीं।

डार्विन ने ग्रे को लिखा था, “जब मैं इन बारीक और क्रमिक बदलावों के बारे में सोचता हूँ, तो मेरा तर्क मुझसे कहता है कि मुझे इस सिहरन पर जीत पा लेनी चाहिए।”

विकास की समय-सीमा

इसके बावजूद, विकासवाद के विरोधियों ने इस बात पर संदेह जताना जारी रखा कि आँखें विकसित हो सकती हैं। यहाँ तक कि 1990 के दशक में भी, क्रिएशनिस्ट्स (सृष्टिवादियों) का दावा था कि प्राकृतिक चयन (natural selection) के जरिए एक आँख बनने में कई अरब साल लगेंगे—जो कि पृथ्वी पर जीवन के कुल समय से कहीं अधिक है।

स्वीडन की लुंड यूनिवर्सिटी के न्यूरोबायोलॉजिस्ट डैन-ई. निल्सन इन दावों से इतने तंग आ गए कि उन्होंने खुद यह अनुमान लगाने का फैसला किया कि रोशनी के प्रति संवेदनशील कोशिकाओं (light-sensitive cells) के एक समूह को एक साफ छवि बनाने वाली आँख में बदलने में वास्तव में कितना समय लगेगा। डॉ. निल्सन ने याद करते हुए कहा, “मैंने सोचा, अरे! यह तो एक आसान सी गणना है, चलो इसे करके देखते हैं।”

1994 में, उन्होंने और लुंड यूनिवर्सिटी की उनकी सहयोगी सुज़ैन पेल्गर ने निष्कर्ष निकाला कि एक छवि बनाने वाली आँख मात्र कुछ लाख (hundred thousand) वर्षों में विकसित हो सकती है। डॉ. निल्सन ने कहा, “यह किसी भी तरह से एकदम सटीक गणना नहीं है, लेकिन यह दिखाती है कि आँखों के विकसित होने के लिए इतिहास में भरपूर समय उपलब्ध था।”

यह मॉडल केवल इस बात पर केंद्रित था कि आँखों का आकार कैसे बदला। वास्तव में, इस सफर के दौरान कई अन्य बदलाव भी हुए। उदाहरण के लिए, ऐसे नए प्रोटीन सामने आने थे जो लेंस में रोशनी को मोड़ सकें, जबकि अन्य प्रोटीन रेटिना में रोशनी को सोख सकें।

1994 में, वैज्ञानिकों के पास इन सूक्ष्म विवरणों के बारे में इतनी जानकारी नहीं थी कि वे इनके विकास की परिकल्पना (hypothesis) तैयार कर सकें। तीन दशक बाद, अब स्थिति बदल चुकी है। डॉ. निल्सन ने कहा, “अब हमारे पास बहुत सारा मॉलिक्यूलर डेटा (आणविक डेटा) उपलब्ध है जो बेहद शक्तिशाली है।”

रीढ़धारी जीवों की आँखों का सफर

उन्होंने और दृष्टि के अन्य विशेषज्ञों ने अब मिलकर एक नई परिकल्पना तैयार की है कि रीढ़धारी जीवों की आँखें कैसे विकसित हुईं।

यूनिवर्सिटी ऑफ ससेक्स के न्यूरोबायोलॉजिस्ट टॉम बैडेन, जिन्होंने डॉ. निल्सन के साथ मिलकर काम किया है, ने कहा, “जब आप अपने दिमाग में मौजूद सारे सबूतों को एक साथ देखते हैं, तो अचानक सब कुछ समझ आने लगता है।” उन्होंने और उनके सहयोगियों ने सोमवार को जर्नल ‘करेंट बायोलॉजी’ (Current Biology) में रीढ़धारी जीवों की आँखों के विकास का एक विस्तृत खाका पेश किया।

डॉ. बैडेन ने कहा, “हमने जो किया है, वह यह है कि हमने उन संभावित चरणों का एक सेट प्रदान किया है जो हमें यहाँ तक लेकर आए।”

यह कहानी लगभग 560 मिलियन वर्ष पहले शुरू होती है, जब हमारे बिना रीढ़ वाले पूर्वज ज्यादातर समुद्र की तलहटी में दबे रहते थे। वे तैरते हुए भोजन के कणों को छानकर खाने के लिए अपने बिना दिमाग वाले सिर को बाहर निकालते थे।

डॉ. निल्सन और उनके सहयोगियों का मानना है कि रीढ़धारी जीवों के इन पूर्वजों के सिर के ऊपर रोशनी के प्रति संवेदनशील कोशिकाओं का एक अकेला पैच (समूह) मौजूद था। वे कोशिकाएं दिन और रात के चक्र को ट्रैक करती थीं, जिससे जानवरों की बॉडी क्लॉक (जैविक घड़ी) सेट होती थी। इसके साथ ही वे उनकी स्थिति के बारे में सरल संकेत देती थीं ताकि वे जानवर अपने सिर को केवल उतना ही ऊपर उठा सकें जितना खाने के लिए जरूरी हो, और किसी का शिकार होने से बच सकें।

बाद में, इस एक आँख वाले पूर्वज के कुछ वंशज अपनी बिलों को छोड़कर पानी में तैरने लगे। वे अभी भी छोटे दिमाग वाले साधारण जीव थे और तैरते समय पानी से भोजन छानते थे। लेकिन अब उन्हें अपने परिवेश के बारे में अधिक जानकारी की आवश्यकता थी।

उनकी वह अकेली आँख और जटिल हो गई। उसके दोनों तरफ कप (कटोरे) के आकार के गड्ढे विकसित हुए, जो आने वाली रोशनी की दिशा के प्रति संवेदनशील थे। (रोशनी के प्रति संवेदनशील अलग-अलग कोशिकाएं इस बात के आधार पर सक्रिय होती थीं कि वे कप के घुमाव पर कहाँ स्थित हैं।) डॉ. निल्सन और उनके सहयोगियों का तर्क है कि ये ही हमारी आँखों के रेटिना के शुरुआती रूप थे।

रोशनी की दिशा की समझ ने इन जीवों को पानी में तैरने में मदद की, जिससे वे खुद को सीधा और स्थिर रख पाते थे।

डॉ. निल्सन ने कहा, “इससे दृश्य क्षेत्र (visual field) के एक बड़े हिस्से में अंधेरा छा जाता है और दूसरे हिस्से में नहीं। यह आपको बताता है कि आप एक तरफ या दूसरी तरफ झुक रहे हैं।”

बगल में विस्थापन

करोड़ों वर्षों में, छानकर खाने वाले हमारे ये पूर्वज छोटी मछलियों के रूप में विकसित हो गए, जिनके पास दिमाग और शिकार पकड़ने के लिए मुँह भी था। डॉ. निल्सन और उनके सहयोगियों का तर्क है कि आँखों में एक और बदलाव के बिना यह परिवर्तन संभव नहीं था।

डॉ. निल्सन ने कहा, “उनके लिए एक बेहतर जगह थी—सिर के दोनों तरफ।”

जैसे ही ये शुरुआती रेटिना सिर के दोनों किनारों पर चले गए, रोशनी के प्रति संवेदनशील कोशिकाओं के बीच के तारों (wiring) ने नए संबंध बना लिए, जिससे दृष्टि और साफ हो गई।

ये शुरुआती मछलियाँ अब आगे तैरते समय अपने आस-पास के माहौल के बहाव को महसूस कर सकती थीं। डॉ. निल्सन ने ने कहा, “यह आपके पर्यावरण के बीच से गुजरने और बाधाओं से बचने का एक बिल्कुल नया तरीका प्रदान करता है।”

लेकिन जब ये नई आँखें अपनी नई जगहों पर चली गईं, तब भी इन जीवों ने अपने सिर के ऊपर मौजूद प्राचीन आँख को बनाए रखा। भले ही यह आस-पास के माहौल की बारीक जानकारी नहीं दे सकती थी, लेकिन यह रोशनी के कुल स्तर जैसी महत्वपूर्ण जानकारी देती रही। आधुनिक मछलियों के सिर के ऊपर आज भी रोशनी के प्रति संवेदनशील कोशिकाओं का एक पैच होता है, जिसे ‘पीनियल ग्रंथि’ (pineal gland) के रूप में जाना जाता है।

कैलिफोर्निया यूनिवर्सिटी, बर्कले के कम्प्यूटेशनल बायोलॉजिस्ट कार्तिक शेखर, जो इस अध्ययन में शामिल नहीं थे, ने कहा, “यह एक सम्मोहक और नया विचार है, लेकिन फैसला आना अभी बाकी है।” उन्होंने कहा कि इस विचार का परीक्षण करने का एक तरीका कई रीढ़धारी प्रजातियों में पीनियल ग्रंथि और रेटिना की कोशिकाओं की गतिविधि की तुलना करना होगा। यदि डॉ. निल्सन और उनके सहयोगी सही हैं, तो दोनों अंगों की कोशिकाओं में गहरी आणविक समानताएं (molecular similarities) होनी चाहिए—जो कि उनके गहरे विकासवादी संबंध का संकेत होंगी।

डॉ. बैडेन ने कहा कि उन्होंने और उनके सहयोगियों ने ‘जेब्राफिश’ में इन तुलनाओं को करना शुरू कर दिया है। उन्होंने कहा, “यह शुरुआत है, अंत नहीं।” 

चार आँखों का रहस्य

लेकिन जीवाश्मों (fossils) की नई खोजों से पता चलता है कि आँखों के विकास के सफर ने कुछ ऐसे चौंकाने वाले मोड़ लिए होंगे जिनकी कल्पना डॉ. बैडेन और उनके सहयोगियों ने अपनी परिकल्पना में नहीं की थी।

हाल के वर्षों में, चीन और इंग्लैंड के जीवाश्म विज्ञानी (paleontologists) रीढ़धारी जीवों के कुछ सबसे शुरुआती जीवाश्मों का अध्ययन कर रहे हैं, जो 518 मिलियन वर्ष पुराने हैं। ये सिर के दोनों किनारों पर लेंस और रेटिना से पूरी तरह लैस आँखों के निशान दिखाते हैं। लेकिन सिर के ठीक ऊपर, आँखों का एक दूसरा जोड़ा भी मौजूद है, जो लेंस और रेटिना से पूरी तरह सुसज्जित है।

ब्रिस्टल यूनिवर्सिटी के जीवाश्म विज्ञानी जैकब विन्थर ने अनुमान लगाया कि शुरुआती रीढ़धारी जीवों—जो कि बड़े बिना रीढ़ वाले जीवों का शिकार बनते थे—को इन चार आँखों से मिलने वाले चौड़े दृश्य क्षेत्र (field of view) का फायदा मिला होगा।

डॉ. विन्थर ने कहा, “मेरा मानना है कि उनके पास चार आँखें होने का कारण यह था कि वे खाद्य श्रृंखला (food chain) में सबसे नीचे थे।”

डॉ. निल्सन ने अनुमान लगाया कि ये अतिरिक्त आँखें रीढ़धारी जीवों के डीएनए में आए एक बड़े बदलाव के कारण विकसित हुई होंगी। कुछ अध्ययन संकेत देते हैं कि रीढ़धारी जीवों के विकास की शुरुआत में पूरा का पूरा जीनोम (genome) दोगुना हो गया था। जीन के एक अतिरिक्त सेट ने आँखों के एक अतिरिक्त जोड़े को जन्म दिया होगा।

डॉ. विन्थर ने कहा कि बाद में जब रीढ़धारी जीव शीर्ष शिकारियों (top predators) के रूप में विकसित हुए, तो उन्होंने आँखों के इस अतिरिक्त जोड़े को खो दिया होगा। उन्होंने कहा, “जैसे-जैसे आप खाद्य श्रृंखला में ऊपर जाते हैं, आपको चारों तरफ फैली हुई दृष्टि की आवश्यकता नहीं होती। वे आँखें थोड़ी बेकार हो जाती हैं।”

प्राचीन विरासत

भले ही रीढ़धारी जीवों ने अपनी अतिरिक्त आँखें खो दी हों, लेकिन उनके सिर के ऊपर मौजूद प्राचीन प्रकाश-संवेदी ऊतक (light-sensing tissue) बचे रहे। जब मछलियाँ जमीन पर आईं, तो पीनियल ग्रंथि बची रही, और आज भी इंसानों के सिर में यह मौजूद है।

हालाँकि, हमारे जैसे स्तनधारियों (mammals) में, पीनियल ग्रंथि मस्तिष्क की अंधेरी गहराइयों में धंस गई है और अब सीधे प्रकाश का पता नहीं लगा सकती है। इसके बजाय, हमारी आँखों से मिलने वाले प्रकाश के संकेत हमारी पीनियल ग्रंथि तक पहुँचते हैं, जो वहाँ के न्यूरॉन्स को दिन के समय के आधार पर विभिन्न हार्मोन जारी करने के लिए प्रेरित करते हैं। हमारी पीनियल ग्रंथि आज भी हमारी मूल आँख की प्राचीन विरासत को बमुश्किल संभाले हुए है।

भविष्य के प्रयोग इस बारे में और अधिक खुलासा कर सकते हैं कि आधा अरब वर्षों में रीढ़धारी जीवों की आँखें कैसे विकसित हुईं। डॉ. निल्सन ने कहा कि तब तक के लिए, वे यह देखने के लिए एक टाइम-मशीन पसंद करेंगे कि उनका सिद्धांत सही है या नहीं।

उन्होंने कहा, “बस मुझे 600 मिलियन साल पहले का एक घंटा दे दो, ताकि मैं वहाँ मौजूद जीवों को देख सकूँ और जान सकूँ कि वास्तव में उनके पास किस तरह की आँखें थीं।”