पृथ्वी के इतिहास के इतने प्रारंभिक दौर में प्राचीन जीवन की मोलिब्डेनम पर निर्भरता को दर्शाने वाला पहला अध्ययन है।

ऐसा प्रतीत होता है कि प्राचीन सूक्ष्मजीवों ने लगभग 3.7 अरब वर्ष पहले मोलिब्डेनम का उपयोग किया था, जबकि पृथ्वी के प्रारंभिक महासागरों में यह धातु दुर्लभ मात्रा में मौजूद थी।

नासा द्वारा वित्त पोषित वैज्ञानिकों ने पाया है कि 3 अरब वर्ष से भी अधिक समय पहले पृथ्वी पर रहने वाले जीव मोलिब्डेनम का उपयोग कर रहे थे, जबकि उस समय यह धातु पर्यावरण में अत्यंत दुर्लभ थी। नेचर कम्युनिकेशंस में प्रकाशित यह शोध , पृथ्वी के इतिहास के इतने प्रारंभिक दौर में प्राचीन जीवन की मोलिब्डेनम पर निर्भरता को दर्शाने वाला पहला अध्ययन है।

आज, मोलिब्डेनम कोशिकाओं के भीतर महत्वपूर्ण जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को गति प्रदान करके एक अहम भूमिका निभाता है। यह उन आवश्यक एंजाइमों का हिस्सा है जो जीवित जीवों में कई प्रमुख जैविक प्रक्रियाओं को संचालित करते हैं। ये प्रतिक्रियाएं न केवल जीवन के अलग-अलग रूपों के लिए महत्वपूर्ण हैं, बल्कि नाइट्रोजन चक्र सहित ग्रह-स्तरीय जैव-रासायनिक चक्रों के लिए भी महत्वपूर्ण हैं। मोलिब्डेनम के बिना, ये प्रतिक्रियाएं प्राकृतिक रूप से तो हो सकती हैं, लेकिन जीवन को बनाए रखने के लिए बहुत धीमी गति से।

"मोलिब्डेनम उन एंजाइमों के उत्प्रेरक केंद्र में स्थित होता है जो प्रमुख कार्बन, नाइट्रोजन और सल्फर प्रतिक्रियाओं को संचालित करते हैं," विस्कॉन्सिन मैडिसन विश्वविद्यालय में कासर लैब की प्रमुख और इस अध्ययन की वरिष्ठ लेखिका बेतुल कासर ने बताया। कासर, यूडब्ल्यू मैडिसन में नासा के एस्ट्रोबायोलॉजी रिसर्च के लिए अंतरविषयक संघ (आईसीएआर) एमयूएसई का नेतृत्व करती हैं।

कासर ने कहा, "यह पूछना कि जीवन में मोलिब्डेनम का उपयोग कब शुरू हुआ, वास्तव में यह पूछना है कि कुछ सबसे महत्वपूर्ण चयापचय रणनीतियाँ कब संभव हुईं।"

इतिहास में मोलिब्डेनम

आज पर्यावरण में मोलिब्डेनम काफी व्यापक रूप से मौजूद है, इसलिए जीवन को अब इसकी गंभीर कमी का सामना नहीं करना पड़ता है। प्रारंभिक पृथ्वी इससे बहुत अलग थी।

भूवैज्ञानिक अभिलेखों से पता चलता है कि अरबों वर्ष पूर्व पृथ्वी के महासागरों में मोलिब्डेनम की मात्रा बहुत कम थी। इसकी उपलब्धता उस समय बढ़ी जब सूक्ष्मजीवों ने प्रकाश संश्लेषण का उपयोग करना शुरू किया, इस बदलाव के कारण अंततः वायुमंडल में ऑक्सीजन की मात्रा में भारी वृद्धि हुई (लगभग 2.45 अरब वर्ष पूर्व)। महान ऑक्सीकरण घटना के रूप में जानी जाने वाली इस घटना ने जीवन के विकास को गहराई से प्रभावित किया। नासा के एक पूर्व अध्ययन में तो यह भी सुझाव दिया गया था कि इस अवधि के दौरान पर्यावरण में मोलिब्डेनम की वृद्धि जटिल जीवन के उद्भव के लिए महत्वपूर्ण रही होगी।

इससे एक अहम सवाल खड़ा हो गया: जीवों ने सबसे पहले मोलिब्डेनम का उपयोग कब शुरू किया?

प्राचीन पृथ्वी पर धातु की सीमित मात्रा को देखते हुए, खगोल जीवविज्ञानी इस बात पर विचार कर रहे हैं कि क्या प्रारंभिक जीवन ने आवश्यक प्रतिक्रियाओं को गति देने के लिए अन्य धातुओं पर निर्भरता दिखाई होगी। उदाहरण के लिए, टंगस्टन कोशिकाओं के अंदर इसी तरह व्यवहार करता है और अभी भी कुछ ऐसे जीव इसका उपयोग करते हैं जो अत्यधिक कठिन वातावरण में रहते हैं। एक धारणा यह थी कि जीवन पहले टंगस्टन पर निर्भर था, फिर बाद में मोलिब्डेनम की उपलब्धता बढ़ने पर उस पर निर्भर हो गया। नए शोध से पता चलता है कि कहानी इतनी सरल नहीं थी।

इस शोध के लिए, टीम ने समय के साथ उपलब्ध मोलिब्डेनम की मात्रा के बारे में मौजूदा साक्ष्यों को संकलित किया और जीवन वृक्ष में इसके उपयोग के इतिहास का पुनर्निर्माण किया। उनके परिणामों से पता चलता है कि मोलिब्डेनम की दुर्लभता के बावजूद, प्राचीन सूक्ष्मजीव इसका उपयोग करने में सक्षम थे। टंगस्टन के मामले में भी यही पैटर्न लागू होता है।

“हमारे शोध से पता चलता है कि मोलिब्डेनम और टंगस्टन दोनों का उपयोग करने वाले एंजाइम सिस्टम की जड़ें आर्कियन युग में हैं, जिससे यह संकेत मिलता है कि प्रारंभिक जीवन में संभवतः दोनों धातुओं का उपयोग होता था, न कि केवल “पहले टंगस्टन, बाद में मोलिब्डेनम” वाली सरल कहानी का अनुसरण किया गया,” कासर ने कहा। “हमारा तर्क है कि मोलिब्डेनम का उपयोग कई अनुमानों से कहीं अधिक पुराना है, क्योंकि आणविक डेटिंग से पता चलता है कि मोलिब्डेनम का उपयोग इओआर्कियन से मेसोआर्कियन काल में, लगभग 3.7-3.1 अरब वर्ष पहले, महान ऑक्सीकरण घटना से बहुत पहले हुआ था।”

मोलिब्डेनम तक पहुंच

एमयूएसई आईसीएआर द्वारा 2024 में प्रकाशित पूर्व शोध में विशिष्ट वातावरणों की ओर इशारा किया गया था जहां प्रारंभिक जीवों ने समुद्र की गहराई में मोलिब्डेनम और अन्य दुर्लभ धातुएं प्राप्त की होंगी। समुद्र तल पर मौजूद हाइड्रोथर्मल वेंट से लोहा, जस्ता, तांबा, निकेल, मैंगनीज, वैनेडियम, मोलिब्डेनम, कोबाल्ट और टंगस्टन जैसी सूक्ष्म धातुएं निकल सकती हैं।

कासर ने कहा, "भले ही आर्कियन समुद्री जल में कुल मिलाकर बहुत कम घुला हुआ मोलिब्डेनम था, फिर भी हाइड्रोथर्मल वेंट जैसी स्थानीय प्रणालियाँ मोलिब्डेनम और अन्य धातुओं की उपयोगी मात्रा की आपूर्ति कर सकती थीं।"

नए निष्कर्षों से पता चलता है कि, कई उपयोगी धातुएँ उपलब्ध होने के बावजूद, उत्प्रेरक रसायन विज्ञान के लिए चुनी गई प्रारंभिक धातुओं में मोलिब्डेनम भी शामिल थी।

कासार ने कहा, "मोलिब्डेनम को 'चुनना' शायद इसलिए उचित था क्योंकि यह विभिन्न प्रकार के सब्सट्रेट्स और रेडॉक्स स्थितियों में उत्प्रेरण को सक्षम बनाता है।" "दूसरे शब्दों में, कमी ने मोलिब्डेनम को महत्वहीन नहीं बनाया; इसके उत्प्रेरक लाभों ने इसे प्राप्त करने और उपयोग करने के तरीके विकसित करने को सार्थक बना दिया होगा।"

यह शोध दर्शाता है कि जीवन उपयोगी तत्वों की कमी होने पर भी उनका उपयोग करने के तरीके विकसित कर सकता है। यह यह भी सुझाव देता है कि पृथ्वी से परे जीवन की खोज उन जैव रासायनिक संभावनाओं के लिए खुली रहनी चाहिए जो वैज्ञानिकों की आधुनिक पृथ्वी से अपेक्षाओं से मेल नहीं खातीं।

जैव-आवश्यक तत्व, ब्रह्मांड में जीवन की खोज

ब्रह्मांड में कहीं और जीवन की खोज करना केवल यह जांचने का मामला नहीं है कि कोई अन्य ग्रह आज की पृथ्वी से मिलता-जुलता है या नहीं। पृथ्वी के अतीत और जीवन के लंबे विकास का अध्ययन करके, खगोल जीवविज्ञानी उन समयों का अध्ययन कर सकते हैं जब हमारा ग्रह आज के ग्रह से बहुत अलग दिखता था। यह व्यापक दृष्टिकोण वैज्ञानिकों को यह बेहतर ढंग से समझने में मदद करता है कि किस प्रकार के ग्रह हमारे वर्तमान जीवन को सहारा देने में सक्षम हो सकते हैं।

“हमारी नासा आईसीएआर परियोजना दर्शाती है कि पृथ्वी पर जैव-आवश्यक तत्वों के विकासवादी इतिहास का मानचित्रण हमें यह अनुमान लगाने में मदद कर सकता है कि अन्य ग्रहों पर जीवन किन तत्वों का उपयोग कर सकता है, और विभिन्न अजैविक भंडार विभिन्न जैविक तत्व विकल्पों को जन्म दे सकते हैं,” कासर ने कहा। “जीवन की खोज धातु-जागरूक, रेडॉक्स-जागरूक और विकास-जागरूक होनी चाहिए। हमें केवल 'वर्तमान में पृथ्वी जैसे जीवन' की ही खोज नहीं करनी चाहिए, बल्कि उन जैव रासायनिक रणनीतियों की भी खोज करनी चाहिए जो ऑक्सीजनकरण और धातु उपलब्धता के भिन्न इतिहास वाले ग्रह पर उपयुक्त हों।”