प्रोटोप्लाज्म की भौतिक प्रकृति (Physical nature of Protoplasm)
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प्रोटोप्लाज्म एक सजीव संगठित पदार्थ है जो जीवन की विशेषता बताने वाले सभी भौतिक और रासायनिक परिवर्तनों का केंद्र है। इसमें कई तरह की संरचनाएँ होती हैं, जो मिलकर एक पूरी जीवित इकाई - यानी कोशिका- का निर्माण करती हैं।
1835 में, एक फ्रांसीसी प्रोटोजोआ विज्ञानी, Felix Dujardin ने प्रोटोजोआ में पाए जाने वाले जेली जैसे पदार्थ का अध्ययन किया और इसे "सार्कोड (sarcode)" नाम दिया। 1840 में, J.E. Purkinje ने जानवरों के भ्रूण में पाए जाने वाले सजीव पदार्थ को प्रोटोप्लाज्म नाम दिया।
1846 में, Hugo von Mohl ने इस नाम का प्रयोग पौधों की भ्रूण कोशिकाओं के भीतर पाए जाने वाले पदार्थ के लिए किया। बाद में, 1861 में, एक जर्मन वैज्ञानिक, Max Schultze ने सार्कोड और प्रोटोप्लाज्म के बीच मौजूद मूलभूत समानता को स्थापित किया।
1863 में, उन्होंने यह कहा कि 'प्रोटोप्लाज़्म ही जीवन का भौतिक आधार है', जिसके चलते J.S. Huxley (1868) ने इस वाक्यांश को अपनी किताब के शीर्षक के रूप में इस्तेमाल किया। 1892 में O. Hertwig ने प्रोटोप्लाज्मिक सिद्धांत का प्रतिपादन किया, जिसके अनुसार सभी सजीव पदार्थ, जिनसे जानवर और पौधे बनते हैं, प्रोटोप्लाज्म हैं।
प्रोटोप्लाज्म की भौतिक प्रकृति (Physical Nature of Protoplasm)
प्रोटोप्लाज्मा एक धूसर, पारदर्शी, जेली जैसा, गंधहीन और चिपचिपा पदार्थ है। यह पानी से भारी होता है और पानी के संपर्क में आने पर एक विभाजक झिल्ली बनाता है। यह विद्युत का मध्यम चालक होता है। इसमें काफी हद तक संकुचनशीलता होती है और कुछ परिस्थितियों में यह ब्राउनियन, अमीबॉइड और प्रवाहकीय गतियाँ (चक्रीय गति) (Brownian, amoeboid and streaming movements (cyclosis)) प्रदर्शित करता है। प्रोटोप्लाज्मा की भौतिक संरचना का अध्ययन कई वैज्ञानिकों ने किया है, जिनके प्रेक्षणों को विभिन्न सिद्धांतों के रूप में प्रतिपादित किया गया है।
[I] पुराने सिद्धांत:
प्रोटोप्लाज्म की भौतिक बनावट को समझाने के लिए उन्नीसवीं शताब्दी के दौरान निम्नलिखित सिद्धांत प्रतिपादित किए गए थे-
1. एल्वियोलर सिद्धांत (Alveolar theory) - इस सिद्धांत के अनुसार, जीवद्रव्य (protoplasm) कम घनत्व वाले द्रव के बुलबुलों या एल्वियोलाई से मिलकर बना होता है, जो अधिक घनत्व वाले द्रव में वितरित रहते हैं। परिणामस्वरूप, प्रोटोप्लाज्म झाग या इमल्शन जैसा दिखता है। यह सिद्धांत Butschli द्वारा 1892 में प्रतिपादित किया गया था।
2. कणिका सिद्धांत (Granular theory) - 1893 में ऑल्टमैन द्वारा प्रतिपादित इस सिद्धांत के अनुसार, जीवद्रव्य (protoplasm) अनेक सूक्ष्म कणिकाओं से मिलकर बना होता है, जो एक समरूप तरल माध्यम में समान रूप से बिखरी रहती हैं।
3. फाइब्रिलर सिद्धांत (Fibrillar theory) - यह सिद्धांत मानता है कि प्रोटोप्लाज्म में अनेक अत्यंत सूक्ष्म फाइब्रिल्स (तंतु) या धागे जैसी संरचनाएँ होती हैं, जो एक तरल माध्यम में बिखरी रहती हैं। यह सिद्धांत फिशर (1894) और फ्लेमिंग (1897) द्वारा प्रस्तुत किया गया था।
4. रेटिकुलर सिद्धांत (Reticular theory) - इस सिद्धांत के अनुसार, प्रोटोप्लाज़्म (जीवद्रव्य) अनेक अत्यंत सूक्ष्म तंतुओं से मिलकर बना होता है, जो एक तरल माध्यम में आपस में गुंथे हुए होकर एक जाल या रेटिकुलम का निर्माण करते हैं। यह सिद्धांत Hastein, Klein और Carnoy आदि द्वारा प्रतिपादित किया था।
उपर्युक्त सिद्धांत केवल ऐतिहासिक महत्व के हैं। इनके अनुसार, प्रोटोप्लाज्म का स्वरूप स्थिर या स्थायी माना जाता है। हालांकि, वर्तमान ज्ञान से पता चलता है कि कई मामलों में प्रोटोप्लाज्म एक अवस्था से दूसरी अवस्था में परिवर्तित हो सकता है।
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[II] आधुनिक कोलाइडल सिद्धांत (Modern colloidal theory)
आधुनिक दृष्टिकोण यह है कि जीवद्रव्य (protoplasm) एक बहु-प्रावस्था वाला कोलाइडल तंत्र है। यह बात सबसे पहले 1894 में R. A. Fisher ने और बाद में 1899 में Hardy ने सुझाई थी। इसमें एक तरल मैट्रिक्स या आधार पदार्थ (तरल प्रावस्था) होता है, जिसमें ठोस और अर्ध-ठोस कणों के अनेक कण और गोलाकार पिंड (परिक्षिप्त प्रावस्था) निलंबित रहते हैं। इन ठोस और अर्ध-ठोस कणों का व्यास .001μ से .1μ के बीच होता है (1μ या माइक्रोन = 1/1000 mm)। इस प्रकार, ये कण मैट्रिक्स में घुलकर एक 'वास्तविक विलयन' या 'क्रिस्टलॉइड' बनाने के लिए बहुत बड़े होते हैं, और नीचे बैठकर 'निलंबन' बनाने के लिए बहुत छोटे होते हैं; अतः ये पूरे मैट्रिक्स में निलंबित रहते हुए एक कोलाइडल तंत्र का निर्माण करते हैं।
प्रोटोप्लाज्मिक कोलाइड्स की तरल प्रावस्था मुख्य रूप से जल से बनी होती है, जिसमें अकार्बनिक आयन और छोटे अणु घुले रहते हैं। इसकी परिक्षिप्त प्रावस्था में मुख्य रूप से प्रोटीन, लिपिड और कार्बोहाइड्रेट के बड़े अणु शामिल होते हैं।
कोलाइडल कण मुख्यतः विद्युत आवेशों और आंशिक रूप से ब्राउनियन गति के कारण निलंबित रहते हैं। किसी भी कोलाइडल प्रणाली के सभी कणों पर समान विद्युत आवेश होता है, चाहे वह धनात्मक विद्युत आवेश हो या ऋणात्मक विद्युत आवेश। क्योंकि समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, इसलिए कण एक दूसरे से अलग रहते हैं और इस प्रकार निलंबित रहते हैं। हालाँकि, इन कणों के आवेश को विपरीत आवेश वाली बिजली से उदासीन करके, इन्हें अवक्षेपित (precipitate) किया जा सकता है। ब्राउनियन गति में ठोस कणों (विस्तारित अवस्था) की अनियमित गति होती है, जिसके परिणामस्वरूप उनमें आपस में टक्कर और परस्पर प्रतिध्वनि होती है, जो उन्हें नीचे बैठने से रोकती है।
प्रोटोप्लाज्मिक कोलाइड दो अवस्थाओं या चरणों में पाए जाते हैं, जो मैट्रिक्स (तरल अवस्था) में ठोस कणों (विस्तारित अवस्था) के वितरण पर निर्भर करता है। यदि ठोस कण समान रूप से वितरित हों, तो प्रोटोप्लाज्म तरल जैसी स्थिरता वाला होता है और इसे सोल अवस्था (sol state) में कहा जाता है। हालांकि, यदि ठोस कण आपस में जुड़कर एक स्पंजी जाल बनाते हैं जिसमें तरल अवस्था समाहित होती है, तो प्रोटोप्लाज्म अर्ध-ठोस या जेली जैसी स्थिरता प्राप्त कर लेता है और इसे जेल अवस्था में कहा जाता है। तापमान, दाब और pH जैसे कारक अवस्था परिवर्तन ला सकते हैं, अर्थात् जेल से सोल और इसके विपरीत। जेल अवस्था से सोल अवस्था में परिवर्तन को सोलेशन (solation) कहा जाता है, जबकि इसके विपरीत परिवर्तन को जेलेशन (gelation) कहा जाता है।
अक्सर, जैसा कि अमीबॉइड गति के दौरान होता है, एक बार परिवर्तित अवस्था को उसकी प्रारंभिक अवस्था में वापस लाया सकता है। इस प्रकार के कोलाइड को 'उत्क्रमणीय कोलाइड' (reversible colloids) कहा जाता है। दूसरी ओर, अंडे का एल्ब्यूमेन उबालने पर 'सोल-चरण' से 'जेल-चरण' में बदल जाता है, लेकिन बाद वाले चरण को ठंडा करके वापस नहीं बदला जा सकता। ऐसे कोलाइड को 'अनुत्क्रमणीय कोलाइड' (irreversible colloids) कहा जाता है। एक बार जब जीवद्रव्य (protoplasm) मृत हो जाता है, तो चरण-परिवर्तन (phase reversal) नहीं होता है।
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