घाँस किन हरियो हुन्छ—फोटोसिन्थेसिस प्रक्रियालाई नियालेर हेर्दा
“घाँस किन हरियो हुन्छ?” शायद तपाईंले आफू बच्चा छँदा यो प्रश्न गर्नुभएको होला। के तपाईंले चित्तबुझ्दो जवाफ पाउनुभएको थियो? केटाकेटीले सोध्ने यस्ता प्रश्नहरू एकदमै गहन हुनसक्छन्। यस्ता प्रश्नहरूले हामीलाई दिनदिनै देखेर पनि वास्ता नगर्ने कुराहरू गहिरिएर हेर्न लगाउनसक्छन् र हामीले आशै नगरेको अचम्मका कुराहरू थाह पाउनसक्छौं।
घाँस किन हरियो हुन्छ भन्ने कुरा बुझ्न घाँससित केही मतलबै नभएको जस्तो देखिने एउटा कुराको कल्पना गर्नुहोस्। एउटा त्रुटिहीन कारखानाको कल्पना गर्ने कोसिस गर्नुहोस्। त्रुटिहीन कारखाना त आवाज पटक्कै ननिकाल्ने र हेर्नमा पनि आकर्षक हुनुपर्छ नि, होइन र? त्यो त्रुटिहीन कारखानाले प्रदूषण गर्नुको साटो यसको परिचालनले नै वातावरणलाई झन् राम्रो बनाउनुपर्ने हो। निस्सन्देह, यसले सबैको लागि उपयोगी अत्यावश्यक वस्तु उत्पादन गर्नेछ। त्यस्तो कारखाना सौर्यशक्तिबाट चल्यो भने मात्र त्यत्तिको त्रुटिरहित होला, होइन र? त्यसो भयो भने, यो कारखाना चल्न विद्युत, कोइला वा इन्धन केही पनि चाहिंदैन।
त्रुटिहीन कारखानाले पक्कै पनि मानिसको आधुनिक प्रविधिभन्दा धेरै उच्चस्तरीय सौर्य इन्धन प्रयोग गर्नेछ। कुनै वस्तु निर्माण र उत्पादन गर्न यो धेरै प्रभावकारी, सस्तो हुनुका साथै प्रदूषणमुक्त पनि हुनुपऱ्यो। त्यस्तो त्रुटिहीन कारखानाले अत्याधुनिक प्रविधि प्रयोग गरे तापनि हामीले चालै पाउँदैनौं। तर अहिलेको सबैभन्दा आधुनिक कारखानासमेत कहिलेकाहीं बिग्रने, पाटपुर्जा काम नगर्ने हुन्छ। यो त्रुटिहीन कारखाना मानिसहरूको मदतबिना स्वचालित हुनैपऱ्यो। साँच्चै, यसले आफ्नो मर्मत, स्याहारसँभार आफैले गर्नेछ साथै आफ्नै खाले वस्तु उत्पादन पनि गरिरहेको हुन्छ।
के यस्तो त्रुटिहीन कारखाना एउटा विज्ञान कथा मात्रै हो? के यो असम्भव सपना मात्रै हो? पक्कै पनि होइन किनभने जसरी तपाईं उभिरहनुभएको घाँस एउटा वास्तविक कुरा हो, त्यस्तै त्रुटिहीन कारखाना पनि एउटा वास्तविक कुरा हो। साँच्चै भन्ने हो भने, तपाईंको कार्यालयमा राखेको उन्यू, तपाईंले झ्यालबाट देख्नुहुने रूखलगायत तपाईं उभिरहनुभएको घाँस नै एउटा त्रुटिहीन कारखाना हो। वास्तवमा कुनै पनि हरियो बोटबिरुवा नै त्रुटिहीन कारखाना हो! सूर्यबाट प्राप्त प्रकाशको शक्तिद्वारा हरियो बोटबिरुवाले कार्बनडाइअक्साइड, पानी र खनिज पदार्थहरू प्रयोग गरेर प्रत्यक्ष वा अप्रत्यक्ष ढंगमा पृथ्वीमा भएका सबै प्रकारका जीवित प्राणीको निम्ति खाना उत्पादन गर्छ। यही प्रक्रियाले नै वायुमण्डलबाट कार्बनडाइअक्साइड हटाएर शुद्ध अक्सिजन भरिदिन्छ।
प्रत्येक वर्ष पृथ्वीका हरिया बोटबिरुवाहरूले १५० अरब देखि ४०० अरब टनसम्म ग्लूकोज उत्पादन गर्छन्। अनि मानिसहरूको फलाम, स्टील र अन्तरिक्षसम्बन्धी उपकरणहरूको कारखानाहरूको कुल उत्पादनभन्दा यो कता हो कता धेरै छ। तिनीहरूले सौर्यशक्ति प्रयोग गरेर पानीबाट हाइड्रोजन परमाणुहरू हटाउँछन् अनि हाइड्रोजन चाहिं कार्बनडाइअक्साइडसित मिलेर रासायनिक प्रतिक्रिया भई कार्बोहाइड्रेटमा परिणत हुन्छ जसलाई ग्लूकोज भनिन्छ। यही उल्लेखनीय प्रक्रियालाई नै फोटोसिन्थेसिस (प्रकाश संश्लेषण) भनिन्छ। यसरी बनेको ग्लूकोजलाई बिरुवाहरूले शक्तिको लागि प्रयोग गर्नसक्छन् वा ग्लूकोजका अणुहरूसित मिलेर स्टार्चको रूपमा वा सेलुलोजमा जम्मा हुन्छ। सेलुलोज बलियो तथा निकै दरो हुन्छ र यो बिरुवाको रेशा हो। विचार गर्नुहोस् त! नब्बे मिटरभन्दा अग्लो त्यो विशाल सेकोया रूख साँच्चै भन्ने हो भने, पातलो हावाद्वारा बनेको हुन्छ। त्यो हावा भन्नु नै कार्बनडाइअक्साइड र पानीको एक एकवटा अणुको समिश्रण हो। यी करोडौं अणुहरू अत्यन्तै सूक्ष्म क्लोरोप्लाष्टका ‘लहरहरूमा’ हुन्छन्। तर यो कसरी हुन्छ?
फोटोसिन्थेसिस “प्रक्रियालाई” नियाल्दा
सेकोया रूख पातलो हावा (पानी र केही लवणबाट) बनिनु साँच्चै अचम्मको कुरा हो तर यो जादु भने होइन। यो एउटा एकदमै बुद्धिमान रचनाको नतिजा हो र मानवनिर्मित प्रविधिभन्दा धेरै जटिल छ। बिस्तारै बिस्तारै वैज्ञानिकहरूले फोटोसिन्थेसिस प्रक्रियामा हुने अत्यन्तै जटिल जीवरासायन प्रतिक्रिया पत्ता लगाइरहेका छन्। हामी पनि वैज्ञानिकहरूसँगसँगै पृथ्वीमा सबै प्रकारको जीव सम्भव बनाउने “प्रक्रियाको” खानतलास गरौं। शायद यसबाट हामीले हाम्रो प्रश्नको जवाफ पाउनेछौं, “घाँस किन हरियो हुन्छ?”
भरपर्दो सूक्ष्मदर्शक यन्त्रबाट हामी एउटा साधारण पातलाई नियालौं। हाम्रो नांगो आँखाले पात हरियो नै देखिन्छ तर त्यो एउटा भ्रम मात्र हो। सूक्ष्मदर्शक यन्त्रबाट हेर्दा पातका सबै कोषहरू हरिया देखिंदैनन्। बरु, ती सबैजसो पारदर्शी हुन्छन् तर प्रत्येकमा ५० देखि १०० वटा जति स-साना हरिया थोप्लाहरू हुन्छन्। यी दानाहरू क्लोरोप्लाष्ट हुन् जहाँ प्रकाश सोस्ने हरितकण हुन्छ र त्यहाँ नै फोटोसिन्थेसिस प्रक्रिया हुन्छ। क्लोरोप्लाष्ट भित्र के हुन्छ?
क्लोरोप्लाष्ट स-साना झोलाहरूजस्तै हो र यसभित्र पनि अझै अर्को स-साना चेप्टा झोलाहरू हुन्छन्। यसलाई थाइलाकोइड भनिन्छ। बल्ल हामीले घाँसमा हुने हरियो कुरा पत्ता लगायौं। हरितकणका अणुहरू थाइलाकोइडको सतहमा हुन्छ र यो जथाभावी छरिएको हुँदैन तर एकदमै व्यवस्थित ढंगमा रहेको हुन्छ जसलाई फोटोसिस्टम भनिन्छ। यो फोटोसिस्टम भनेको प्रकाशको मदतद्वारा क्लोरोप्लाष्टमा हुने रासायनिक प्रतिक्रिया हो। अक्सर धेरैजसो हरियो बोटबिरुवाहरूमा दुइ प्रकारको फोटोसिस्टम हुन्छ जसलाई PSI (फोटोसिस्टम एक) र PSII (फोटोसिस्टम दुइ) भनिन्छ। यी फोटोसिस्टमहरू कारखानामा विशेषज्ञहरूको टोली जस्तै हुन्, प्रत्येकले फोटोसिन्थेसिसमा हुने खास खास प्रक्रियाको सुपरिवेक्षण गर्छ।
खेर नजाने “फोहर”
थाइलाकोइडको सतहमा सूर्यको प्रकाश पर्दा हरितकण अणुहरूमा हुने PSII को जमात प्रकाश सोस्न ढुकिरहेको हुन्छ। यसलाई प्रकाश जम्मा गर्ने जमात भनिन्छ। यी अणुहरू विशेषगरि खास तरंगदूरीको रातो प्रकाश सोस्न सक्रिय हुन्छन्। थाइलाकोइडका विभिन्न ठाउँहरूमा PSI का जमात अलि लामो तरंगदूरीको प्रकाशको खोजमा हुन्छ। यति नै बेला हरितकण र अर्को प्रकारको अणुजस्तै कारोटिनोइडस्ले नीलो र वैजनी रंगको प्रकाश सोसिरहेको हुन्छ।
त्यसोभए घाँस किन हरियो हुन्छ त? पातमा पर्ने सबै प्रकारका तरंगदूरीहरूमध्ये हरियो प्रकाश चाहिं बिरुवालाई कामै लाग्दैन। त्यसैले हाम्रो आँखा र क्यामेराहरूले देख्नसक्ने गरी फर्काइदिन्छ। यसबारे विचार गर्नुहोस् त! वसन्त ऋतुमा देखिने त्यो हल्का हरियो रंग, गर्मीमा देखिने गाढा हरियो रंग त बोटबिरुवालाई नचाहिने तरगंदूरीहरूको कारण हो तर यही रंग हामी मानवहरू अनमोल ठान्छौं! यो मानवनिर्मित कारखानाहरूबाट निस्किने प्रदूषण र फोहरजस्तो होइन। यो “बेकाम” प्रकाश त पक्कै पनि खेर जाँदैन किनभने सुन्दर हरियो चउर वा जंगलहरूलाई हेर्दा ती आनन्दमय रंगहरूले हाम्रो जीवनमा रंग भरेर हामीलाई स्फूर्ति दिन्छन्।
क्लोरोप्लाष्टमा PSII ले सोसेको रातो प्रकाश हरितकण अणुको इलेक्ट्रोनमा सारिन्छ र अन्ततः एउटा इलेक्ट्रोन यति क्रियाशील वा “उत्तेजित” हुन्छ कि नजीकैको थाइलाकोइड तन्तुमा उफ्रिंदै जान्छ र त्यहाँबाट अन्यत्रै लगिन्छ। मानौं, एक नर्तकलाई साथीहरूले पासापास गरेझैं इलेक्ट्रोनलाई यताउता सार्ने अणुबाट अर्कोमा लगिन्छ र यसको शक्ति बिस्तारै घट्न थाल्छ। यसको शक्ति एकदमै कम भएपछि अर्को फोटोसिस्टम PSI मा भएको इलेक्ट्रोनद्वारा सजिलै प्रतिस्थापन गर्न सकिन्छ।—चित्र न. १ हेर्नुहोस्।
यता PSII ले भने आफ्नो एउटा इलेक्ट्रोन गुमाएको छ र यसले गर्दा यो हराएको इलेक्ट्रोनलाई प्रतिस्थापन गर्न भोकाउँछ। आफ्नो पैसा बगलीमारले लगेको भर्खरै थाह पाएको मानिसजस्तै अक्सिजन उत्पादन गर्ने जमात भनेर चिनिने त्यो PSII को सानो इलाका व्याकुल हुन्छ। त्यस इलेक्ट्रोनलाई कहाँ भेटाउने त? ए त्यो त! नजीकैको निस्सहाय परमाणु छेउमा पो लन्ठ्याङलुन्ठुङ गरिरहेको छ। अब भने त्यसलाई फसाद पर्नेभयो।
पानीका अणुहरूलाई छुट्याउने
पानीका अणुमा हुने अक्सिजनको परमाणु अलि ठूलै हुन्छ र त्यससित दुइटा स-साना हाइड्रोजन परमाणुहरू मिलेका हुन्छन्। PSII को अक्सिजन प्रतिक्रिया हुने मिश्रणमा म्यागनीज धातुको चारवटा विद्युताणुहरू हुन्छन् जसले पानीमा भएको हाइड्रोजन परमाणुबाट इलेक्ट्रोनहरू हटाउँछन्। परिणामस्वरूप पानीको अणु दुइ धनात्मक अणु, हाइड्रोजन विद्युताणु (परमाणुको केन्द्र) एउटा अक्सिजन परमाणु र दुइटा इलेक्ट्रोनमा छुट्टिन्छ। पानीका अणुहरू एकपछि अर्को छुट्टाएपछि अक्सिजन परमाणुहरू जोडी बनेर अक्सिजन ग्याँसमा परिणत हुन्छन् र यही ग्याँस बिरुवाले हाम्रो प्रयोगको लागि हावामा फ्याँक्छ। हाइड्रोजन विद्युताणुहरू थाइलाकोइड “झोलामा” जम्मा हुन थाल्छन् र त्यहाँ जम्मा भएपछि बिरुवाहरूले प्रयोग गर्नसक्छन् र इलेक्ट्रोनहरू फेरि PSII लाई दिइन्छ। र यही प्रकिया एक सेकेण्डभित्र निकै चोटि दोहोरिन्छ।—चित्र न. २ हेर्नुहोस्।
थाइलाकोइड बोराभित्र खचाखच भरेका हाइड्रोजन विद्युताणुहरू बाहिर निस्किने दाउ खोज्न थाल्छन्। प्रत्येक चोटि पानीको परमाणुलाई छुट्याइँदा दुइ हाइड्रोजन विद्युताणु मात्र थपिने होइन तर PSI लाई PSII का इलेक्ट्रोनहरू दिंदा अरू हाइड्रोजन विद्युताणुहरू पनि थाइलाकोइड बोरामा आकर्षित हुन्छन्। त्यसको लगत्तै हाइड्रोजन विद्युताणुहरू खचाखच भरेको चाकामा रिसाएका मौरीहरूजस्तै भुनभुन गर्न थाल्छन्। त्यहाँबाट निस्किने पो कसरी?
फोटोसिन्थेसिसका बुद्धिमान रचनाकारले एउटा त्यस्तो विशेष इन्जाइम बनाएको जस्तो देखिन्छ जुन बाहिर मात्र जानसक्छ। कोषको लागि अत्यन्तै महत्त्वपूर्ण यो तत्त्वलाई ATP (योडोनोसिन ट्राइफोसफेट) भनिन्छ। त्यस बाहिर निस्किने ढोकाबाट हाइड्रोजन विद्युताणुहरू निस्केपछि यी ATP अणुहरूलाई पुनः सक्रिय बनाइन्छ। (चित्र न. ३ हेर्नुहोस्।) ATP अणुहरू सानो कोषीय ब्याटरीहरूजस्तै हुन्। ATP अणुहरूले कोषमा हुने सबै प्रकारको प्रतिक्रियाको लागि कोष भित्रैबाट शक्ति दिन्छ। यी ATP अणुहरू पछि फोटोसिन्थेसिस प्रक्रियामा ग्लूकोजको लहरलाई काम आउनेछ।
ATP को अलावा ग्लूकोजको लागि अर्को सानो अणु चाहिन्छ। यसलाई NADPH (निकोटिनामाइड याडेनिन डिनुक्लोटाइड फोसफेटको न्युन मात्रा) भनिन्छ। NADPH अणु सानो ढुवानी ट्रकजस्तै हो। यसले ग्लूकोज बनाउन चाहिने हाइड्रोजन परमाणु पर्खिरहेको इन्जाइमकहाँसम्म पुऱ्याइदिन्छ। NADPH निकाल्ने काम चाहिं PSI जमातको हो। एउटा फोटोसिस्टम (PSII) पानीका अणुहरू छुट्टाएर ATP बनाउन व्यस्त छ भने अर्को फोटोसिस्टमलाई (PSI) भने प्रकाश सोस्न र अन्ततः NADPH बनाउने इलेक्ट्रोनहरू निकाल्दैमा फुर्सत छैन। थाइलाकोइड बाहिर भएको ठाउँमा ATP र NADPH दुवै जम्मा गरिन्छ र पछि ग्लूकोज बनाउन प्रयोग हुन्छन्।
रातीको पालो
फोटोसिन्थेसिस प्रक्रियाद्वारा हरेक वर्ष अरबौं टन ग्लूकोज बन्छ। तैपनि फोटोसिन्थेसिसमा प्रकाश शक्तिद्वारा हुने प्रतिक्रियाद्वारा वास्तवमा ग्लूकोज बन्ने होइन। तिनीहरूले केवल ATP (“ब्याटरीहरू”) र NADPH (“ढुवानी ट्रकहरू”) बनाउँछन्। त्यसपछि स्ट्रोमामा वा थाइलाकोइड बाहिर हुने इन्जाइमहरूले ग्लूकोज बनाउन ATP र NADPH चलाउँछन्। भनौं भने, बिरुवाले निष्पट्ट अँध्यारोमा पनि ग्लूकोज बनाउनसक्छ! तपाईंले क्लोरोप्लाष्टलाई दुइटा कार्यदल भएको कारखानासित तुलना गर्न सक्नुहुन्छ। थाइलाकोइडभित्र भएको दुइटा कार्यदलले (PSI र PSII) ब्याटरी तथा ढुवानी ट्रकहरू (ATP र NADPH) बनाउँछ भने तेस्रो कार्यदलले चाहिं स्ट्रोमामा भएका विशेष इन्जाइमहरू चलाउँछ। (चित्र न. ४ हेर्नुहोस्।) यस तेस्रो कार्यदलले स्ट्रोमामा भएको इन्जाइम चलाउँदै क्रमबद्ध ढंगमा रासायनिक प्रतिक्रिया गराउन हाइड्रोजन परमाणुहरू र कार्बनडाइअक्साइड जम्मा गर्छन्। तीनवटै कार्यदलले दिनभरि काम गर्नसक्छन् तर ATP र NADPH को दिनभरिको आपूर्ति नसकिएसम्म ग्लूकोजको कार्यदल चाहिं राती पनि काम गर्न व्यस्त हुन्छ।
तपाईंले स्ट्रोमामालाई कोषहरूको लमीको रूपमा हेर्न सक्नुहुन्छ। यसमा एकअर्कोसित “विवाह गर्न” पर्खिरहेको परमाणु र अणुहरू टन्नै छन् तर तिनीहरू दुवैसित आफै अग्रसर हुने आँट भने छैन। केही इन्जाइमहरू चाहिं अलि जबरजस्ती गर्ने लमीहरूजस्तै हुन्छन्।a तिनीहरू विशेष आकारका प्रोटिन अणुहरूजस्तै हुन्छन् जसले खास प्रतिक्रियाको लागि चाहिने परमाणु र अणुहरू जबरजस्ती तान्नसक्छन्। तथापि तिनीहरू भविष्यमा आफ्नो विवाहित जोडी हुने अणुहरूको चिनापर्ची गरेर मात्र चित्त बुझाउँदैनन्। ती इन्जाइमहरूको विवाह भएको नदेखेसम्म चित्त बुझ्दैन त्यसैले तिनीहरू भविष्यको दम्पतीलाई तानेरै ल्याउँछन् र हिचकिचाइरहेको जोडीलाई जबरजस्ती रासायनिक प्रतिक्रियाको वैवाहिक बन्धनमा बाँधिदिन्छन्। यस समारोहपछि इन्जाइमहरूले फेरि नयाँ अणुहरू निकाल्छन् र यही प्रक्रिया दोहोऱ्याइ राख्छन्। स्ट्रोमाका इन्जाइमहरूले लगभग बनिसकेका ग्लूकोजका अणुहरूलाई बेतोडले यताउता सार्छन्। तिनीहरूलाई तह लाउँछन् र ATP दिएर सक्रिय बनाउँछन् साथै यसमा कार्बनडाइअक्साइड र हाइड्रोजन पनि थप्छन्। अन्ततः तीनवटा कार्बनद्वारा बनिएको ग्लूकोजमा अझै अरू थुप्रै रासायनिक प्रतिक्रियाहरू हुन्छन्।—चित्र न. ५ हेर्नुहोस्।
घाँस किन हरियो हुन्छ?
फोटोसिन्थेसिस ‘आधारभूत रासायनिक प्रतिक्रिया’ मात्र पक्कै पनि होइन। यो जटिल र रहस्यमय जीवरासायन संरचना हो। बोटबिरुवाको जीवन प्रक्रिया (अंग्रेजी) नामक पुस्तकले यसो भन्छ: “फोटोसिन्थेसिस भनेको सूर्यको प्रकाशमा हुने शक्तिको अधिकतम फाइदा उठाउने एउटा उल्लेखनीय व्यवस्थित प्रक्रिया हो। बिरुवाको जटिल संरचना र फोटोसिन्थेसिस प्रक्रिया एक अद्भुत जैविक तथा वंशानुगत प्रणाली हो। जसलाई सूर्यको किरणहरू सोसेर शक्तिमा परिणत गर्ने उच्चतम रासायनिक प्रविधि भन्न सकिन्छ।”
अर्को शब्दमा भन्ने हो भने, घाँस किन हरियो हुन्छ भनी पत्ता लगाउनु भनेको हामी मानवनिर्मित उपकरणहरूभन्दा उच्चस्तरीय रचना र प्रविधिमा मक्ख पर्नु हो। आफै चल्ने, मर्मत गर्ने र एकदमै सूक्ष्म ‘उपकरण’ जुन प्रतिसेकेण्ड (कुनै हल्ला, प्रदूषणबिना) हजारौं वा लाखौंको दरले चलिरहन्छन् र प्रकाशलाई ग्लूकोजमा परिणत गर्छन्। घाँस किन हरियो हुन्छ भन्ने कुरा बुझ्दा हाम्रो सृष्टिकर्ता यहोवा परमेश्वर अर्थात् रचनाकार तथा शिल्पकारको उत्कृष्ट दिमागको झलक पाउँछौं। यहोवाले बनाउनुभएको स्वचालित “त्रुटिहीन कारखानाबाट” मजा लिंदा वा सुन्दर हरियो घाँसमा हिंड्नु हुँदा माथि उल्लिखित प्रक्रियाबारे यसो विचार गर्नुहोस्।
[फुटनोट]
a केही अन्य प्रकारका इन्जाइमहरू पारपाचुके गर्न उक्साउने वकिलहरूजस्तै हुन्छन्; तिनीहरूको काम नै अणुहरूलाई छुट्याउनु हो।
[पृष्ठ २५-मा भएको चित्रको स्रोत]
इनसेट तस्बिर: Colorpix, Godo-Foto
[पृष्ठ २६-मा भएको चित्र]
फोटोसिन्थेसिस प्रक्रियाले यो रूखलाई हुर्कन कसरी मदत गऱ्यो?
[पृष्ठ २७-मा भएको रेखाचित्र]
रेखाचित्र १
[पृष्ठ २७-मा भएको रेखाचित्र]
रेखाचित्र २
[पृष्ठ २८-मा भएको रेखाचित्र]
रेखाचित्र ३
[पृष्ठ २८-मा भएको रेखाचित्र]
रेखाचित्र ४
[पृष्ठ २८-मा भएको रेखाचित्र]
रेखाचित्र ५