જે જીવંત છે અને જે જીવંત નથી તે વચ્ચેનો તફાવત આપણે કેવી રીતે જાણી શકીએ? જો આપણે કોઈ કૂતરાને દોડતું જોઈએ, અથવા ગાયને જગડી ખાતી જોઈએ, અથવા શેરીમાં માણસને ઊંચે સાદે ચીસો પાડતો જોઈએ, તો આપણે જાણીએ છીએ કે આ જીવંત પ્રાણીઓ છે. જો કૂતરો અથવા ગાય અથવા માણસ ઊંઘી ગયા હોય તો શું? આપણે હજુ પણ વિચારીશું કે તેઓ જીવંત છે, પણ આપણને તે કેવી રીતે ખબર પડી? આપણે તેમને શ્વાસ લેતા જોઈએ છીએ, અને આપણે જાણીએ છીએ કે તેઓ જીવંત છે. છોડ વિશે શું? તે જીવંત છે તે આપણે કેવી રીતે જાણીએ? આપણે તેમને લીલા રંગના જોઈએ છીએ, અમારામાંના કેટલાક કહેશે. પરંતુ જે છોડમાં લીલા સિવાયના રંગના પાંદડા હોય તે વિશે શું? સમય જતાં તેઓ વધે છે, તેથી આપણે જાણીએ છીએ કે તેઓ જીવંત છે, કેટલાક કહેશે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, આપણે કોઈ પ્રકારની હિલચાલ, ચાલે તે વૃદ્ધિ સંબંધિત હોય અથવા ન હોય, તેને જીવંત હોવાના સામાન્ય પુરાવા તરીકે ગણવાનું વલણ ધરાવીએ છીએ. પરંતુ જે છોડ દૃષ્ટિગોચર રીતે વધી રહ્યો નથી તે હજુ પણ જીવંત છે, અને કેટલાક પ્રાણીઓ દૃષ્ટિગોચર હિલચાલ વિના શ્વાસ લઈ શકે છે. તેથી દૃષ્ટિગોચર હિલચાલને જીવનની વ્યાખ્યાત્મક લાક્ષણિકતા તરીકે ઉપયોગ કરવો પર્યાપ્ત નથી.

ખૂબ જ નાના પાયા પરની હિલચાલો નરી આંખને અદૃશ્ય હશે, ઉદાહરણ તરીકે, અણુઓની હિલચાલો. શું જીવન માટે આ અદૃશ્ય આણ્વીય હિલચાલ જરૂરી છે? જો આપણે આ પ્રશ્ન વ્યાવસાયિક જીવવિજ્ઞાનીઓને પૂછીએ, તો તેઓ હા કહેશે. હકીકતમાં, વાઇરસો તેમની અંદર કોઈ આણ્વીય હિલચાલ દર્શાવતા નથી (જ્યાં સુધી તેઓ કોઈ કોષને ચેપી ન થાય), અને તે આંશિક રીતે જ છે કે તેઓ ખરેખર જીવંત છે કે નહીં તે વિશે વિવાદ છે.

જીવન માટે આણ્વીય હિલચાલો કેમ જરૂરી છે? આપણે અગાઉની ધોરણોમાં જોયું છે કે જીવંત સજીવો સુવ્યવસ્થિત રચનાઓ છે; તેમની પાસે પેશીઓ હોઈ શકે છે, પેશીઓમાં કોષો હોય છે, કોષોમાં તેમની અંદર નાના ઘટકો હોય છે, વગેરે. પર્યાવરણના પ્રભાવને કારણે, જીવંત રચનાઓની આ સંગઠિત, ક્રમબદ્ધ પ્રકૃતિ સમય જતાં તૂટી પડતી રહેવાની ખૂબ જ સંભાવના છે. જો ક્રમ તૂટી પડે, તો સજીવ હવે જીવંત રહેશે નહીં. તેથી જીવંત પ્રાણીઓએ તેમની રચનાઓની સમારકામ અને જાળવણી કરતી રહેવી જોઈએ. કારણ કે આ બધી રચનાઓ અણુઓથી બનેલી છે, તેઓએ હંમેશા આસપાસના અણુઓને ફેરવવા જોઈએ.

જીવંત સજીવોમાં જાળવણી પ્રક્રિયાઓ શું છે? ચાલો શોધીએ.

5.1 જીવન પ્રક્રિયાઓ શું છે?

જીવંત સજીવોની જાળવણી કાર્યો ત્યારે પણ ચાલુ રહેવી જોઈએ જ્યારે તેઓ કોઈ ખાસ કામ કરી રહ્યા નથી. જ્યારે આપણે ફક્ત વર્ગમાં બેઠા હોઈએ, ત્યારે પણ જો આપણે ફક્ત ઊંઘી ગયા હોઈએ, તો પણ આ જાળવણીનું કાર્ય ચાલુ રહેવું જોઈએ. જે પ્રક્રિયાઓ સાથે મળીને આ જાળવણીનું કાર્ય કરે છે તે જીવન પ્રક્રિયાઓ છે.

કારણ કે નુકસાન અને તૂટની રોકથામ માટે આ જાળવણી પ્રક્રિયાઓ જરૂરી છે, તેમના માટે ઊર્જા જરૂરી છે. આ ઊર્જા વ્યક્તિગત સજીવના શરીરની બહારથી આવે છે. તેથી સજીવના શરીરની બહારથી ઊર્જાના સ્ત્રોતને, જેને આપણે ખોરાક કહીએ છીએ, તેને અંદર સ્થાનાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા હોવી જોઈએ, જે પ્રક્રિયાને આપણે સામાન્ય રીતે પોષણ કહીએ છીએ. જો સજીવોના શરીરનું કદ વધવાનું હોય, તો બહારથી વધારાના કાચા માલની પણ જરૂર પડશે. કારણ કે પૃથ્વી પરનું જીવન કાર્બન-આધારિત અણુઓ પર આધારિત છે, આ ખોરાકના મોટાભાગના સ્ત્રોતો પણ કાર્બન-આધારિત છે. આ કાર્બન સ્ત્રોતોની જટિલતાના આધારે, વિવિધ સજીવો પછી વિવિધ પ્રકારની પોષણ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરી શકે છે.

ઊર્જાના બાહ્ય સ્ત્રોતો તદ્દન વિવિધ હોઈ શકે છે, કારણ કે પર્યાવરણ વ્યક્તિગત સજીવના નિયંત્રણ હેઠળ નથી. તેથી, ઊર્જાના આ સ્ત્રોતોને શરીરમાં તોડવા અથવા બનાવવાની જરૂર છે, અને આખરે એકસમાન ઊર્જાના સ્ત્રોતમાં રૂપાંતરિત થવું જોઈએ જેનો ઉપયોગ જીવંત રચનાઓને જાળવવા માટે જરૂરી વિવિધ આણ્વીય હિલચાલો માટે, તેમજ શરીરને વધવા માટે જરૂરી પ્રકારના અણુઓ માટે થઈ શકે. આ માટે, શરીરમાં રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણી જરૂરી છે. ઓક્સિડેશન-રિડક્શન પ્રતિક્રિયાઓ અણુઓને તોડવાના સૌથી સામાન્ય રાસાયણિક સાધનોમાંની એક છે. આ માટે, ઘણા સજીવો શરીરની બહારથી મેળવેલા ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે. શરીરની બહારથી ઓક્સિજન મેળવવાની પ્રક્રિયા, અને કોષીય જરૂરિયાતો માટે ખોરાકના સ્ત્રોતોને તોડવાની પ્રક્રિયામાં તેનો ઉપયોગ કરવો, તેને આપણે શ્વસન કહીએ છીએ.

એકકોષી સજીવના કિસ્સામાં, ખોરાક લેવા માટે, વાયુઓના વિનિમય અથવા કચરો દૂર કરવા માટે કોઈ ચોક્કસ અંગોની જરૂર ન પડે કારણ કે સજીવની સમગ્ર સપાટી પર્યાવરણ સાથે સંપર્કમાં છે. પરંતુ જ્યારે સજીવનું શરીરનું કદ વધે છે અને શરીરની રચના વધુ જટિલ બને છે ત્યારે શું થાય છે? બહુકોષી સજીવોમાં, બધા કોષો આસપાસના પર્યાવરણ સાથે સીધા સંપર્કમાં ન હોઈ શકે. આમ, સરળ વિસરણ બધા કોષોની જરૂરિયાતોને પૂરી કરશે નહીં.

આપણે અગાઉ જોયું છે કે કેવી રીતે, બહુકોષી સજીવોમાં, વિવિધ શરીરના ભાગો તેઓ કરે છે તે કાર્યોમાં વિશિષ્ટ બન્યા છે. આપણે આ વિશિષ્ટ પેશીઓના વિચારથી, અને સજીવના શરીરમાં તેમના સંગઠનથી પરિચિત છીએ. તેથી આશ્ચર્યની વાત નથી કે ખોરાક અને ઓક્સિજનનું ઉપયોગ પણ વિશિષ્ટ પેશીઓનું કાર્ય હશે. જો કે, આ એક સમસ્યા ઊભી કરે છે, કારણ કે ખોરાક અને ઓક્સિજન હવે સજીવોના શરીરમાં એક જગ્યાએ લેવામાં આવે છે, જ્યારે શરીરના તમામ ભાગોને તેની જરૂર છે. આ પરિસ્થિતિ શરીરમાં એક સ્થાનથી બીજે સ્થાને ખોરાક અને ઓક્સિજન લઈ જવા માટેના પરિવહન પ્રણાલીની જરૂરિયાત ઊભી કરે છે.

જ્યારે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ ઊર્જા ઉત્પાદન માટે કાર્બન સ્ત્રોત અને ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે, ત્યારે તેઓ ઉપ-ઉત્પાદો બનાવે છે જે શરીરના કોષો માટે નકામા જ નથી, પરંતુ હાનિકારક પણ હોઈ શકે છે. તેથી આ કચરા ઉપ-ઉત્પાદોને શરીરમાંથી દૂર કરવાની અને બહાર ફેંકી દેવાની જરૂર છે જેને ઉત્સર્જન કહેવાય છે. ફરીથી, જો બહુકોષી સજીવોમાં શરીરની રચના માટેના મૂળભૂત નિયમોનું પાલન કરવામાં આવે છે, તો ઉત્સર્જન માટેની વિશિષ્ટ પેશી વિકસિત થશે, જેનો અર્થ છે કે પરિવહન પ્રણાલીને કોષોથી આ ઉત્સર્જક પેશીમાં કચરો દૂર કરવાની જરૂર પડશે.

ચાલો આ વિવિધ પ્રક્રિયાઓને ધ્યાનમાં લઈએ, જીવન જાળવવા માટે એટલી આવશ્યક, એક પછી એક.

5.2 પોષણ

જ્યારે આપણે ચાલીએ છીએ અથવા સાઇકલ ચલાવીએ છીએ, ત્યારે આપણે ઊર્જા વાપરી રહ્યા હોઈએ છીએ. જ્યારે આપણે કોઈ સ્પષ્ટ પ્રવૃત્તિ કરી રહ્યા નથી, ત્યારે પણ આપણા શરીરમાં ક્રમની સ્થિતિ જાળવવા માટે ઊર્જાની જરૂર છે. વધવા, વિકસિત થવા, પ્રોટીન અને શરીરમાં જરૂરી અન્ય પદાર્થોનું સંશ્લેષણ કરવા માટે આપણે બહારથી પણ સામગ્રીની જરૂર છે. ઊર્જા અને સામગ્રીનો આ સ્ત્રોત આપણે ખાઈએ છીએ તે ખોરાક છે.

જીવંત વસ્તુઓ તેમનો ખોરાક કેવી રીતે મેળવે છે?

ઊર્જા અને સામગ્રીની સામાન્ય જરૂરિયાત બધા સજીવોમાં સામાન્ય છે, પરંતુ તે વિવિધ રીતે પૂરી થાય છે. કેટલાક સજીવો કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણીના રૂપમાં અકાર્બનિક સ્ત્રોતોમાંથી મેળવેલ સરળ ખોરાક સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે. આ સજીવો, સ્વયંપોષીઓ, જેમાં લીલા છોડ અને કેટલાક બેક્ટેરિયા સામેલ છે. અન્ય સજીવો જટિલ પદાર્થોનો ઉપયોગ કરે છે. શરીરની જાળવણી અને વૃદ્ધિ માટે તેનો ઉપયોગ કરતા પહેલા આ જટિલ પદાર્થોને સરળમાં તોડવા પડે છે. આ હાંસલ કરવા માટે, સજીવો એન્ઝાઇમ્સ નામના બાયો-ઉત્પ્રેરકોનો ઉપયોગ કરે છે. આમ, પરપોષીઓનું અસ્તિત્વ સીધા અથવા પરોક્ષ રીતે સ્વયંપોષીઓ પર આધારિત છે. પરપોષી સજીવોમાં પ્રાણીઓ અને ફૂગ સામેલ છે.

5.2.1 સ્વયંપોષી પોષણ

સ્વયંપોષી સજીવની કાર્બન અને ઊર્જાની જરૂરિયાતો પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા પૂરી થાય છે. તે એવી પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા સ્વયંપોષીઓ બહારથી પદાર્થો લે છે અને તેમને સંચિત ઊર્જાના સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરે છે. આ સામગ્રી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણીના રૂપમાં લેવામાં આવે છે જે સૂર્યપ્રકાશ અને હરિતદ્રવ્યની હાજરીમાં કાર્બોહાઇડ્રેટમાં રૂપાંતરિત થાય છે. છોડને ઊર્જા પૂરી પાડવા માટે કાર્બોહાઇડ્રેટનો ઉપયોગ થાય છે. આપણે આગલા વિભાગમાં અભ્યાસ કરીશું કે આ કેવી રીતે થાય છે. જે કાર્બોહાઇડ્રેટનો તરત જ ઉપયોગ થતો નથી તે સ્ટાર્ચના રૂપમાં સંગ્રહિત થાય છે, જે આંતરિક ઊર્જા સંચય તરીકે કામ કરે છે જે છોડને જરૂરી હોય ત્યારે ઉપયોગમાં લેવાય છે. આપણામાં પણ થોડી સમાન પરિસ્થિતિ જોવા મળે છે જ્યાં આપણે ખાધેલા ખોરાકમાંથી મળેલી કેટલીક ઊર્જા આપણા શરીરમાં ગ્લાયકોજનના રૂપમાં સંગ્રહિત થાય છે.

$6 \mathrm{CO}_2+12 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}=\dfrac{\text { Chlorophyll }}{\text { Sunlight }}=\underset{\text { (Glucose) }}{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}+6 \mathrm{O} _2+6 \mathrm{H} _2 \mathrm{O}$

ચાલો હવે જોઈએ કે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન ખરેખર શું થાય છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન નીચેની ઘટનાઓ થાય છે -

આકૃતિ 5.1 પાંદડાનો આડછેદ

(i) હરિતદ્રવ્ય દ્વારા પ્રકાશ ઊર્જાનું શોષણ.

(ii) પ્રકાશ ઊર્જાનું રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતર અને પાણીના અણુઓને હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં વિભાજિત કરવું.

(iii) કાર્બોહાઇડ્રેટમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું ઘટાડો.

આ પગલાં એક પછી એક તરત જ લેવાની જરૂર નથી. ઉદાહરણ તરીકે, રણના છોડ રાત્રે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ લે છે અને એક મધ્યવર્તી તૈયાર કરે છે જે દિવસ દરમિયાન હરિતદ્રવ્ય દ્વારા શોષાયેલી ઊર્જા દ્વારા કાર્ય કરે છે.

ચાલો જોઈએ કે ઉપરોક્ત પ્રતિક્રિયાના દરેક ઘટકો પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે કેવી રીતે જરૂરી છે.

જો તમે સૂક્ષ્મદર્શક હેઠળ પાંદડાના આડછેદનું કાળજીપૂર્વક નિરીક્ષણ કરો છો (ફિગ. 5.1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે), તો તમે જોશો કે કેટલાક કોષોમાં લીલા ટપકાં હોય છે. આ લીલા ટપકાં કોષ અંગકો છે જેને ક્લોરોપ્લાસ્ટ કહેવામાં આવે છે જેમાં હરિતદ્રવ્ય હોય છે. ચાલો એક પ્રવૃત્તિ કરીએ જે દર્શાવે છે કે હરિતદ્રવ્ય પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે આવશ્યક છે.

આકૃતિ 5.2 વરિગેટેડ પાંદડું (a) પહેલાં અને (b) સ્ટાર્ચ ટેસ્ટ પછી

પ્રવૃત્તિ 5.1

• વરિગેટેડ પાંદડા સાથેનો એક ગમલાનો છોડ લો - ઉદાહરણ તરીકે, મની પ્લાન્ટ અથવા ક્રોટન.
• છોડને ત્રણ દિવસ માટે અંધારા ઓરડામાં રાખો જેથી બધો સ્ટાર્ચ વપરાઈ જાય.
• હવે છોડને લગભગ છ કલાક સૂર્યપ્રકાશમાં રાખો.
• છોડમાંથી એક પાંદડું તોડો. તેમાં લીલા વિસ્તારોને ચિહ્નિત કરો અને તેમને કાગળની શીટ પર ટ્રેસ કરો.
• પાંદડાને થોડી મિનિટ માટે ઉકળતા પાણીમાં ડુબાડો.
• આ પછી, તેને એલ્કોહોલ ધરાવતા બીકરમાં ડુબાડો.
• ઉપરોક્ત બીકરને કાળજીપૂર્વક વોટર-બાથમાં મૂકો અને ગરમ કરો જ્યાં સુધી એલ્કોહોલ ઉકળવાનું શરૂ ન થાય.
• પાંદડાનો રંગ શું થાય છે? દ્રાવણનો રંગ શું છે?
• હવે પાંદડાને આયોડિનના મંદ દ્રાવણમાં થોડી મિનિટ માટે ડુબાડો.
• પાંદડાને બહાર કાઢો અને આયોડિન દ્રાવણને ધોઈ નાખો.
• પાંદડાના રંગનું નિરીક્ષણ કરો અને તેની તુલના શરૂઆતમાં કરેલા પાંદડાના ટ્રેસિંગ સાથે કરો (ફિગ. 5.2).
• પાંદડાના વિવિધ વિસ્તારોમાં સ્ટાર્ચની હાજરી વિશે તમે શું તારણ કાઢી શકો છો?

હવે, ચાલો અભ્યાસ કરીએ કે છોડ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ કેવી રીતે મેળવે છે. ધોરણ IX માં, આપણે રંધ્રો (ફિગ. 5.3) વિશે વાત કરી હતી જે પાંદડાની સપાટી પર હાજર નાના છિદ્રો છે. પ્રકાશસંશ્લેષણના હેતુ માટે આ છિદ્રો દ્વારા પાંદડામાં વાયુ વિનિમયની વિશાળ માત્રા થાય છે. પરંતુ અહીં એ નોંધવું મહત્વપૂર્ણ છે કે દાંડી, મૂળ અને પાંદડાની સપાટી પર પણ વાયુઓનો વિનિમય થાય છે. કારણ કે આ રંધ્રો દ્વારા પાણીની મોટી માત્રા પણ ખોવાઈ શકે છે, છોડ જ્યારે પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે કાર્બન ડાયોક્સાઇડની જરૂર નથી ત્યારે આ છિદ્રો બંધ કરે છે. છિદ્રનું ખુલવું અને બંધ થવું એ રક્ષક કોષોનું કાર્ય છે. જ્યારે પાણી તેમનામાં વહે છે ત્યારે રક્ષક કોષો સોજો આવે છે, જેના કારણે રંધ્રીય છિદ્ર ખુલે છે. તે જ રીતે જો રક્ષક કોષો સંકોચાય તો છિદ્ર બંધ થઈ જાય છે.

(a)

(b)

આકૃતિ 5.3 (a) ખુલ્લું અને (b) બંધ રંધ્રીય છિદ્ર

પ્રવૃત્તિ 5.2

• બે તંદુરસ્ત ગમલાના છોડ લો જે લગભગ સમાન કદના હોય.
• તેમને ત્રણ દિવસ માટે અંધારા ઓરડામાં રાખો.
• હવે દરેક છોડને અલગ ગ્લાસ પ્લેટ પર મૂકો. છોડમાંથી એકની બાજુમાં પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ ધરાવતી વોચ-ગ્લાસ મૂકો. પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનો ઉપયોગ કાર્બન ડાયોક્સાઇડને શોષવા માટે થાય છે.
• ફિગ. 5.4 માં બતાવ્યા પ્રમાણે બંને છોડને અલગ બેલ-જારથી ઢાંકી દો.
• જારના તળિયાને ગ્લાસ પ્લેટ સાથે સીલ કરવા માટે વેસેલિનનો ઉપયોગ કરો જેથી સેટ-અપ હવાબંધ હોય.
• છોડને લગભગ બે કલાક સૂર્યપ્રકાશમાં રાખો.
• દરેક છોડમાંથી એક પાંદડું તોડો અને ઉપરોક્ત પ્રવૃ