জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞান

জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞান(Population genetics; পপুলেশন জেনেটিকস) বংশাণুবিজ্ঞানের একটি শাখা, যেখানে জনসংখ্যার মধ্যকার বংশাণুগত মিল ও অমিল নিয়ে আলোচনা করা হয়। একই গোষ্ঠীর মধ্যকার বংশাণুগত ভিন্নতা এবং অভিন্নতা ছাড়াও একাধিক গোষ্ঠীর মধ্যকার বংশাণুগত সম্পর্কও পপুলেশন বংশাণুগত্সের আলোচনার বিষয়। বংশাণুবিজ্ঞানের এই শাখা বিবর্তনীয় জীববিজ্ঞানের অংশ। এই শাখা অভিযোজন, প্রজাত্যায়ন এবং জনসংখ্যার গঠন নিয়ে গবেষণা করে থাকে।  

আধুনিক বিবর্তনীয় সংশ্লেষণের বিকাশে একটি অনন্য গুরুত্বপূর্ণ উপাদান স্বরূপ কাজ করেছে জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞান।রোনাল্ড ফিশার, সিওয়াল রাইট, জে বি এস হালডেন এর ধারণার প্রবক্তা। ঐতিহাসিকভাবে দেখলে এটি পরিমানগত বংশাণুবিজ্ঞান এবং উচ্চতর গণিতের সাথে সম্পর্কিত হলেও, আধুনিককালে তত্ত্বীয়ভাবে, পরীক্ষাগারে এবং মাঠপর্যায়ে জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞান নিয়ে কাজ হচ্ছে। জনসংখ্যা বংশাণুতত্বের কাঠামো পরিসংখ্যানের দিক দিয়ে ডিএনএ সিকুয়েন্স ডাটা এবং ধারণা প্রমাণ/ বাতিলে ব্যবহার হয়।

ইতিহাস 
মেন্ডেলীয় বংশগতি এবং জৈবপরিসংখ্যানের সমন্বয়ে জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞান গড়ে উঠেছে। প্রাকৃতিক নির্বাচন শুধুমাত্র তখনই বিবর্তন ঘটাতে সক্ষমপর হয়  যদি একটি জনগোষ্ঠীতে যথেষ্ট পরিমানে বংশাণুগত বৈচিত্র্য থাকে। মেন্ডেলীয় বংশাণুবিজ্ঞান আবিষ্কারের আগ অব্দি একটি সাধারণ প্রচলিত তত্ত্ব ছিল মিশ্রিত বংশগতি (blending inheritance), যাতে বংশাণুগত বৈচিত্র্য প্রচন্ডভাবে লুপ্তি পায়। এর ফলে প্রাকৃতিক নির্বাচন কিংবা যৌনগত নির্বাচনে বিবর্তনের প্রবণতা প্রায় থাকেনা বললেই চলে।    মেন্ডেলীয় বংশগতিতে   কীভাবে বংশাণুগত বৈচিত্র্যের ভারসাম্য বজায় থাকে তা হার্ডি-ওয়াইনবার্গের নীতি দ্বারা প্রমাণ করা যায়। এই নীতিতে, এলিল প্রবণতা (বংশাণুর বৈচিত্র্য প্রকাশোকারী) নির্বাচন, পরিব্যক্তি, বংশাণুগত পরিযায়ীতা (migration) এবং বংশাণুর সঞ্চারনের (genetic drift) উপর নির্ভর না করেই সবসময় একই থাকে।  ব্রিটিশ জীববিজ্ঞানী ও পরিসংখ্যানবিদ রোনাল্ড ফিশারের কাজ জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞানের অধিকাংশে অবদান রেখেছ। ১৯১৮ সাল  তিনি এক নাগাড়ে একাধিক বৈজ্ঞানিক নিবন্ধ রচনা করেন। ১৯৩০ সালে প্রাকৃতিক নির্বাচনের বংশাণু তত্ত্ব নামের বইতে তিনি দেখান, বংশাণুর বৈচিত্র্য়ের চলমান প্রক্রিয়া একাধিক অসংলগ্ন বংশাণুর সংবলিত কর্ম হতে পারে। তিনি আরোও দেখান যে, প্রাকৃতিক নির্বাচন এলিল প্রবণতাতে পরিবর্তনা আনতে সক্ষম যা নিঃসন্দেহে বিবর্তন ঘটায়। ১৯২৪ সাল থেকে আরেকজন ব্রিটিশ বংশাণুবিজ্ঞানবিদ, জে বি এস হালডেন একাধিক গবেষণাপত্রের মাধ্যমে দেখান, গাণিতিকভাবে একটি মাত্র বংশাণুর এলিল  প্রবণতার প্রবর্তন নাটকীয় পরিবর্তন ঘটাতে সক্ষম। তিনি তার পরিসংখ্যানগত এনালাইজিজ বাস্তব-জীবনের উদাহরণ দ্বারা শক্তভাবে প্রমাণিত করেন।পেপারড মথের বিবর্তন এবং ইন্ডাস্ট্রিয়াল মেলানিজম বিজ্ঞানী হালডেনের প্রদত্ত পরিসংখ্যানকে প্রমাণ করে। বিজ্ঞানী ফিশার ধারণা করেছিলেন, দূষণের ফলে অনেক বড় ধরনের অভিযোজন ঘটছে । হালডেনের প্রদত্ত উক্ত দুই উদাহরণ নির্বাচনের সহগ (selection coefficients) বিজ্ঞানী ফিশারের ধারণার চেয়েও বৃহৎ বলে প্রমাণ করে। যার অর্থ, বিজ্ঞানী ফিশারের ধারণার চেয়েও উচ্চ হারে অভিযোজন ঘটছে যা বিবর্তনের গতি ত্বরান্বিত করতে সহায়ক।

চারটি ধাপ

নির্বাচন
প্রাকৃতিক নির্বাচন,যৌন নির্বাচনও যার অন্তর্ভুক্ত। এটি সত্য যে, জীববিজ্ঞানের কিছু ট্রেইট কোন কোন প্রাণীর টিকে থাকাতে ও বংশবৃদ্ধিতে সরাসরি অবদান রাখে। জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞান প্রাকৃতিক নির্বাচনকে জীববিজ্ঞানের দিক দিয়ে স্বাস্থ্যের মাধ্যমে ব্যাখ্যা করে। এতদ্বারা, একটি নির্দিষ্ট পরিবেশে একটি জনস্ংখ্যার বংশবৃদ্ধির ক্ষমতাকে এই জনস্ংখ্যার টিকে থাকার চাবিকাঠি হিসেবে ব্যাখ্যা করা হয়। স্বাস্থ্যকে w=1-s প্রতীক দ্বারা প্রকাশ করা হয়, যেখানে s দিয়ে নির্বাচন সহগ বোঝানো হয়। প্রাকৃতিক নির্বাচন ফিনোটাইপের উপর প্রভাব ফেলে। তাই জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞান ফিনোটাইপ ও এলিল প্রবণতার তুলনামূলক সহজ ধারণার সম্পর্ক আলোচনা করে।

জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞানের বিকাশের পূর্বে জীববিজ্ঞানীরা ছোটখাটো স্বাস্থ্যগত পরিবর্তনের সাথে বৃহদাকারের বিবর্তনের আদৌ যথেষ্ট কি না তা নিয়ে সন্দেহ প্রকাশ করতেন। জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞানবিদেরা এই বিষটিকে আমলে এনে বংশাণুর সঞ্চারণের সাথে প্রাকৃতিক নির্বাচনকে তুলনা করেছেন। নির্বাচন বংশাণুর সঞ্চারণকে উপেক্ষা করতে পারে যখন কার্যকরী জনস্ংখ্যার আকার দ্বারা s বংশাণুর সঞ্চারণকে ভাগ করলে এর মান ১ এর চেয়ে বড় হয়। এই মানদণ্ড পূরণ হলে, একটি সুবিধাজনক মিউট্যান্টের ফিক্সড হওয়ার হার 2s বেড়ে যায়। আর এরকম করে একটি এলিলের ফিক্সেশনের সময় বংশাণুর সঞ্চারনের উপর খুব কমই নির্ভর করে।

আধিপত্যতা

আধিপত্যতা বা ডমিনেন্স শব্দটি একটি লোকাসে একটি নির্দিষ্ট এলিলের অন্য এলিল অপেক্ষা স্বাস্থ্যগত অথবা প্রাদর্শিক ফলাফলের আধিপত্যাকে নির্দেশ করে। এটি নির্ভর করে, সেই লোকাসে কোন এলিল অবস্থান করছে এবং সেই এলিলের দ্বিতীয় নমুনার অবস্থানের উপর। ধরা যাক, একটি লোকাসে নিম্নোক্ত স্বাস্থ্যগত মান অনুসারে তিনটি বংশাণুোটাইপ নির্দেশ করে।

s হচ্ছে নির্বাচন সহগ এবং h হচ্ছে আধিপত্য সহগ। তাহলে আধিপত্য সহগ, h -এর মান নিম্নোক্ত তথ্যগুলো তুলে ধরে:

এপিস্টাসিসঃ সম্পর্কহীন বংশাণুর প্রভাব

এপিস্টাসিস দ্বারা একটি লোকাসে একটি এলিলের ফিনোটাইপিক বা বাহ্যিক এবং/অথবা স্বাস্থ্যগত প্রভাবকে নির্দেশ করে, যা নির্ভর করে অন্য লোসাইয়ে (লোকাসের বহুবচন) অবস্থিত এলিলের উপর। নির্বাচন একটি মাত্র লোকাসের উপর ঘটে না বরং একটি বাহ্যিক নমুনা বা ফিনোটাইপের উপর নির্ভর করে সংঘটিত হয়। এই বাহ্যিক নমুনা বা ফিনোটাইপ আবার একাধিক বংশাণুোটাইপের সাথে সম্পর্কিত। যাই যাই হোক, অধিকন্তু যৌন মাধ্যমে বংশবিস্তারকারী প্রজাতির জনস্ংখ্যা বংশাণুত্ত্ত্বের নমুনা "একক লোকাস" নমুনা। এসব ক্ষেত্রে একক প্রানীর স্বাস্থ্য প্রতিটি লোসাই হতে প্রাপ্ত অবদান দ্বারা নির্ণয় করা হয় এবং কার্যকরী এপিস্ট্যাসিস বিবেচনায় ধরা হয় না।

স্বাস্থ্যগত বিবেচনায় বংশাণুোটাইপের প্রভাব প্রক্ক্রিতপক্ষে এতটআই জটিল একটি ব্যাপার যে, জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞানের হয় এ ব্যাপারে বিস্তারিত আলোচনা করতে হয় নতুবা একটি গড়পড়তা সহজ নিয়মে হিসেব করতে হয়।

পরিব্যক্তি 

বংশাণুগত বৈচিত্র্যতা আনয়নের ক্ষেত্রে পরিব্যক্তি বামিউটেশন সর্বাপেক্ষা বিশাল অবদান রাখে। মিউটেশন বায়াজ কার্যকরী করার মাধ্যমে বিবর্তনকে একটি নির্দিষ্ট দিকে ধাবিত করার শক্তি পরিব্যক্তি রাখে। উদাহরণস্বরূপ বলা যায়, নির্বাচনের বিপরীতমুখী পরিব্যক্তির কথা উল্লেখ করা যায়। এই ধরনের পরিব্যক্তি মিউটেশন-সিলেকশন ব্যালান্স বা পরিব্যক্তি-নির্বাচন সাম্যতা তৈরি করে।আণবিক পর্যায়ে, যদি G (গুয়ানিন) হতে A (এডিনোসিন) পরিব্যক্তি হওয়ার হার A (এডিনোসিন) থেকে G (গুয়ানিন) পরিব্যক্তি হওয়ার চেয়ে বেশি হয়, তাহলে এডিনোসিন সম্পর্কিত বংশাণুোটআইপ বিবর্তিত হওয়ার সুযোগ বেড়ে যায়। ভিন্ন ভিন্ন সন্নিবেশ (insertion) বনাম অপনয় (deletion)পরিব্যক্তি বায়াজ বিভিন্ন ট্যাক্সায় বংশাণুোম আকার ভেদে বিবর্তনে অবদান রাখতে পারে। বৃদ্ধিমূলক বা পরিব্যক্তির বায়াজ অঙ্গস্ংস্থানীয় বিবর্তনেও পরিলক্ষিত হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, এক সময়ের ফিনোটাইপিক বিবর্তন বা বাহ্যিক প্রদর্শনকারী বিবর্তনের তত্ত্ব বংশাণুগত পরিপক্কতার কারণ হতে পারে। যা পূর্বে , পরিবেশগত কারণ বলে ধারণা করা হত।

নির্বাচন যদি এক বা একাধিক মিউটেশনের স্বপক্ষে যায় কিন্তু দুইয়ের সম্মেলনে কোন বাড়তি সুবিধে না থাকে। তাহলে মিউটেশনের হার বেড়ে যায় এবং একই সাথে একটি জনস্ংখ্যায় তা স্থায়ী হওয়ার সম্ভাবনা বৃদ্ধি পায়।

ড্রসোফিলা মাছির উপর করা এক গবেষণায় দেখা গেছে যে, পরিব্যক্তির দরুণ একটি বংশাণুর কারণে কোন প্রোটিনে পরিবর্তন আসলে অধিকাংশ ক্ষেত্রে তা ক্ষতিকারক হয়। অন্তত ৭০ শতাংশ সময়ে পরিব্যক্তির ফলাফল ঋণাত্মক হয়। কখনো কখনো এর ফলাফল নিরপেক্ষ কিংবা সূক্ষ্মভাবে ধণাত্মক বা সুবিধার হয়।

বংশাণু সঞ্চারণ

এলোমেলোভাবে নমুনা সংগ্রহের ফলে এলিল প্রবণতার পরিবর্তনকে বংশাণু সঞ্চারণ বলে। এক্ষেত্রে, পূর্বপুরুষ থেকে প্রাপ্ত এলিল নমুনা কোন ধরনের শর্ত মেনে বংশধরের মাঝে সঞ্চারিত হয় না।  বংশাণুর সঞ্চারণ বংশাণুর বৈচিত্র্য আনয়নে গুরুত্বপূর্ণ অবদান রাখে। প্রাকৃতিক নির্বাচনে বংশাণুর বৈচিত্র্যতা প্রজননের উপর নির্ভর করে এক পর্যায়ে সাধারণ হয়ে সতে পারে, যা বংশাণুর সঞ্চারণে ঘটে না। বংশাণুর সঞ্চারণে ঘটিত পরিবর্তন পরিবেশ বা অভিযোজন দ্বারা মোটেও প্রভাবিত হয় না।

জনস্ংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞানে বংশাণুর সঞ্চারণকে শাখা প্রক্রিয়াজাতকরন অথবা ডিফিউশন প্রসেস দ্বারা এলিল প্রবণতা ব্যাখ্যা করা যায়।  এই ধারণাগুলো সাধারনত জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞানের রাইট-ফিশার এবং মোরান মডেলে প্রয়োগ করা হয়। এক্ষেত্রে বংশাণুর সঞ্চারণ শুধুমাত্র বিবর্তনীয় শোক্তি হিসেবে এলিলের উপর কাজ করে বলে ধারণা করা হয়। এক্ষেত্রে  t  সংখ্যক জেনারেশন পর,  p এবং q দ্বারা দুইটি জনসংখ্যার এলিল প্রবণতা বোঝালে, সেই জনসংখ্যাগুলোতে এলিল প্রবণোতার হারকে নিম্নোক্ত সূত্রে দেখান যায়।

রোনাল্ড ফিশার বিবর্তনে বংশাণুর সঞ্চারণ খুব সূক্ষ্ম ভূমিকা রাখছে বলে মনে করতেন। তার এই ধারণা কয়েক দশক ধরে প্রচলিত ছিল। জনস্ংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞানের কোন দৃষ্টিপটেই বংশাণুর সঞ্চারণকে কেন্দ্র চরিত্রে দাঁড় করায় নি বরং অন্যান্য অনিবার্চিত শক্তির কার্যকরী প্রভাবক হিসেবে ব্যাখায় করেছে। 

নমুনা ত্রুটি জনিত কারণে বিবর্তনে বংশাণুর সঞ্চারণকে সমালোচনা করেছেন জন এইচ গিলেস্পি এবং উইল প্রভিন। তাদের মতে গাণিতিক ও বাস্তব ক্ষেত্রের বংশাণুর সঞ্চারনে ভিন্ন্তা রয়েছে কেননা, বংশপরম্পরায় এলিল প্রবণতার মাঝে নিজস্ব সম্পর্ক বিদ্যমান।

বংশাণু প্রবাহ

স্থানান্তরিত হওয়ার বাধা প্রাপ্ত হলে প্রজাতির প্রাণীদের মধ্যে বংশাণুর প্রবাহে ব্যাঘাত ঘটে। ভৌগোলিক নির্দিষ্ট সীমার মধ্যে একটি সাধারণ জনসংখ্যার মধ্য থেকে এলোমেলোভাবে নির্বাচিত করা নির্দিষ্ট প্রানীর তুলনায় অন্তত বংশাণুগতভাবে কাছাকাছি প্রাণীদের মধ্যকার মিল লক্ষ্য করার মতো। এই সমগ্র ব্যাপারটি জনসংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞানে বিস্তারিত বংশাণুর দ্বারা আলোচনা করা হয়েছে। স্থানান্তরিত হওয়ার ফলে বংশাণুর গাঠনিক পরিবর্তন জলবায়ু পরিবর্ত্নের ঐতিহাসিক প্রেক্ষাপটের সাথে সম্পর্কযুক্ত। এমনকি মানবসৃষ্ট বাধা যেমনঃ চীনের মহাপ্রাচীর গাছের বংশাণু প্রবাহে ক্ষতি করেছে। 

বংশাণুর প্রবাহ হল জনসংখ্যার বা প্রজাতির মধ্যকার বংশাণুগত গঠন ভেঙে বংশাণুর বিনিময় করা। বংশাণু প্রবাহের উদাহরণ দিতে গেলে জীবের স্থানান্তর এবং এরপর বংশবৃদ্ধির বা পরাগায়ণের ঘটনা উল্লেখ করতে হয়। জনস্ংখ্যা বংশাণুবিজ্ঞানে ঐতিহাসিকভাবে কোন জনসমষ্টিতে বংশাণুর প্রবাহ বেশি বা কম তা শনাক্ত করে।.

একটি জনসংখ্যায় বংশাণুর প্রবাহ কমে গেলে তা নিকট আত্মীয়তাসূত্রে আবদ্ধ প্রাণীদের মধ্যে সন্তান উৎপাদনজনিত বিষন্নতা বা ইনব্রিডীং ডিপ্রেশনের (inbreeding depression) কারণ হয়ে উঠতে পারে।  এরকম সমস্যায় প্রজাতির মধ্যে বংশাণুর বৈচিত্র্য আনয়নে বংশাণু প্রবাহ একটি বিবর্তনী প্রাণী সংরক্ষণ পদ্ধতি হিসেবে ব্যবহার করা যায়।

আনুভূমিক বংশাণু বদলি 

আনুভূমিক বংশাণু বদলি হচ্ছে এক জীব থেকে অন্য জীবের মধ্যে বংশাণুর বদলি কিন্তু এক্ষেত্রে বংশাণু বদলি বংশানুকরমে ঘটে না। সাধারণত প্রাক-কেন্দ্রিক কোষী প্রাণির ক্ষেত্রে এ ধরনের বংশাণু বদলের ঘটনা ঘটে। চিকিত্সাবিজ্ঞানে , ব্যাক্টেরিয়া এটিবায়োটিকের বিরুদ্ধে প্রতিরোধ গড়ে তোলার ক্ষেত্রে এভাবে বংশাণুর মাধ্যমে প্রতিরোধ গড়ে তোলে।

তথ্যসূত্র 

বিবর্তনমূলক জীববিজ্ঞান
বংশাণুবিজ্ঞান
জনসমষ্টি বংশাণুবিজ্ঞান
পরিসংখ্যানিক বংশাণুবিজ্ঞান