कॉर्क की एक पतली स्लाइस की जांच करते समय, रॉबर्ट हुक ने देखा कि कॉर्क मधुकोश की संरचना जैसा दिखता है जिसमें कई छोटे-छोटे खाने होते हैं। कॉर्क एक पदार्थ है जो एक पेड़ की छाल से आता है। यह वर्ष 1665 की बात थी जब हुक ने एक स्व-निर्मित सूक्ष्मदर्शी के माध्यम से यह संयोगवश अवलोकन किया था। रॉबर्ट हुक ने इन बक्सों को कोशिकाएं (सेल्स) कहा। सेल लैटिन भाषा का शब्द है जिसका अर्थ है ‘एक छोटा कमरा’।

यह एक बहुत छोटी और महत्वहीन घटना प्रतीत हो सकती है लेकिन विज्ञान के इतिहास में यह बहुत महत्वपूर्ण है। यह पहली बार था जब किसी ने यह देखा था कि सजीव पृथक इकाइयों से मिलकर बने प्रतीत होते हैं। इन इकाइयों का वर्णन करने के लिए ‘सेल’ शब्द का प्रयोग आज भी जीव विज्ञान में किया जा रहा है।

आइए कोशिकाओं के बारे में जानें।

5.1 सजीव जीव किससे बने होते हैं?

क्रियाकलाप 5.1

• आइए प्याज के कंद (बल्ब) से एक छोटा सा टुकड़ा लें। चिमटी की सहायता से हम प्याज के अवतल सतह (आंतरिक परत) से त्वचा (जिसे बाह्यत्वचा या एपिडर्मिस कहते हैं) को छील सकते हैं। इस परत को तुरंत पानी से भरी एक वॉच-ग्लास में रखा जा सकता है। इससे छिलका मुड़ने या सूखने से बच जाएगा। हम इस छिलके के साथ क्या करते हैं?

• आइए एक ग्लास स्लाइड लें, उस पर पानी की एक बूंद डालें और वॉच ग्लास से छिलके का एक छोटा टुकड़ा स्लाइड पर स्थानांतरित करें। सुनिश्चित करें कि छिलका स्लाइड पर पूरी तरह से चपटा है। छिलका स्थानांतरित करने में मदद के लिए एक पतली ऊँट के बालों वाली पेंटब्रश की आवश्यकता हो सकती है। अब हम इस टुकड़े पर सैफ्रेनिन विलयन की एक बूंद डालते हैं और फिर एक कवर स्लिप लगाते हैं। माउंटिंग सुई की सहायता से कवर स्लिप लगाते समय हवा के बुलबुले बनने से बचने का ध्यान रखें। अपने शिक्षक से सहायता मांगें। हमने प्याज के छिलके का एक अस्थायी माउंट तैयार कर लिया है। हम इस स्लाइड को संयुक्त सूक्ष्मदर्शी की कम शक्ति और फिर उच्च शक्तियों के अंतर्गत देख सकते हैं।

चित्र 5.1: संयुक्त सूक्ष्मदर्शी

हम लेंस के माध्यम से देखते समय क्या देखते हैं? क्या हम सूक्ष्मदर्शी के माध्यम से देखी जाने वाली संरचनाओं को एक अवलोकन पत्रक पर बना सकते हैं? क्या यह चित्र 5.2 जैसा दिखता है?

चित्र 5.2: प्याज के छिलके की कोशिकाएं

हम विभिन्न आकारों के प्याज के छिलकों के अस्थायी माउंट तैयार करने का प्रयास कर सकते हैं। हम क्या देखते हैं? क्या हमें समान संरचनाएं दिखती हैं या भिन्न संरचनाएं दिखती हैं?

ये संरचनाएं क्या हैं?

ये संरचनाएं एक दूसरे के समान दिखती हैं। वे मिलकर प्याज के कंद जैसी एक बड़ी संरचना बनाती हैं! हम इस क्रियाकलाप से पाते हैं कि विभिन्न आकारों के प्याज के कंदों में सूक्ष्मदर्शी के नीचे दिखाई देने वाली समान छोटी संरचनाएं होती हैं। प्याज के छिलके की कोशिकाएं एक जैसी दिखेंगी, चाहे वे किसी भी आकार के प्याज से आई हों।

ये छोटी संरचनाएं जो हम देखते हैं, प्याज के कंद की मूल निर्माण इकाइयाँ हैं। इन संरचनाओं को कोशिकाएं कहा जाता है। न केवल प्याज, बल्कि हमारे आसपास जितने भी जीव दिखाई देते हैं, वे सभी कोशिकाओं से बने होते हैं। हालाँकि, एककोशिकीय जीव भी होते हैं जो स्वयं अपने आप रहते हैं।

कोशिकाओं की खोज सबसे पहले रॉबर्ट हुक ने 1665 में की थी। उन्होंने एक आदिम सूक्ष्मदर्शी की सहायता से कॉर्क स्लाइस में कोशिकाओं का अवलोकन किया। ल्यूवेनहॉक (1674) ने, बेहतर सूक्ष्मदर्शी के साथ, पहली बार तालाब के पानी में स्वतंत्र रूप से रहने वाली कोशिकाओं की खोज की। रॉबर्ट ब्राउन थे जिन्होंने 1831 में कोशिका में केंद्रक की खोज की। पुरकिंजे ने 1839 में कोशिका के तरल पदार्थ के लिए ‘प्रोटोप्लाज्म’ शब्द गढ़ा। कोशिका सिद्धांत, कि सभी पौधे और जंतु कोशिकाओं से बने होते हैं और कोशिका जीवन की मूलभूत इकाई है, दो जीवविज्ञानियों, श्लाइडेन (1838) और श्वान (1839) द्वारा प्रस्तुत किया गया था। विरचो (1855) द्वारा यह सुझाव देकर कोशिका सिद्धांत को और विस्तारित किया गया कि सभी कोशिकाएं पूर्ववर्ती कोशिकाओं से उत्पन्न होती हैं। 1940 में इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी की खोज के साथ, कोशिका की जटिल संरचना और उसके विभिन्न अंगकों को देखना और समझना संभव हो सका।

आवर्धक लेंसों के आविष्कार ने सूक्ष्म जगत की खोज का मार्ग प्रशस्त किया। अब यह ज्ञात है कि एक एकल कोशिका एक संपूर्ण जीव का निर्माण कर सकती है जैसे अमीबा, क्लैमाइडोमोनास, पैरामीशियम और जीवाणु। इन जीवों को एककोशिकीय जीव कहा जाता है (यूनी = एकल)। दूसरी ऋणात्मक ओर, बहुकोशिकीय जीवों (मल्टी = अनेक) जैसे कुछ कवक, पौधों और जंतुओं में, अनेक कोशिकाएं एक ही शरीर में एक साथ समूहित हो जाती हैं और उसमें विभिन्न कार्य ग्रहण करके विभिन्न शारीरिक भाग बनाती हैं। क्या हम कुछ और एककोशिकीय जीवों के नाम ज्ञात कर सकते हैं? प्रत्येक बहुकोशिकीय जीव एक एकल कोशिका से आया है। कैसे? कोशिकाएं विभाजित होकर अपने ही प्रकार की कोशिकाएं उत्पन्न करती हैं। इस प्रकार सभी कोशिकाएं पूर्ववर्ती कोशिकाओं से आती हैं।

क्रियाकलाप 5.2

• हम पत्तियों के छिलकों, प्याज की जड़ों के सिरों या विभिन्न आकारों के प्याज के छिलकों के अस्थायी माउंट तैयार करने का प्रयास कर सकते हैं।

• उपरोक्त क्रियाकलाप करने के बाद, आइए देखें कि निम्नलिखित प्रश्नों के उत्तर क्या होंगे:

  (क) क्या सभी कोशिकाएं आकार और आकृति के संदर्भ में एक जैसी दिखती हैं?

  (ख) क्या सभी कोशिकाएं संरचना में एक जैसी दिखती हैं?

  (ग) क्या हम एक पौधे के शरीर के विभिन्न भागों से ली गई कोशिकाओं में अंतर पा सकते हैं?

  (घ) हम क्या समानताएं पा सकते हैं?

  कुछ जीवों में विभिन्न प्रकार की कोशिकाएं भी हो सकती हैं। निम्नलिखित चित्र को देखें। यह मानव शरीर की कुछ कोशिकाओं को दर्शाता है।

चित्र 5.3: मानव शरीर की विभिन्न कोशिकाएं

कोशिकाओं की आकृति और आकार उनके द्वारा किए जाने वाले विशिष्ट कार्य से संबंधित होते हैं। अमीबा जैसी कुछ कोशिकाओं की आकृतियाँ बदलती रहती हैं। कुछ मामलों में कोशिका की आकृति लगभग निश्चित और एक विशेष प्रकार की कोशिका के लिए विशिष्ट हो सकती है; उदाहरण के लिए, तंत्रिका कोशिकाओं की एक विशिष्ट आकृति होती है।

प्रत्येक सजीव कोशिका में कुछ मूलभूत कार्य करने की क्षमता होती है जो सभी सजीवों की विशेषता होती है। एक सजीव कोशिका ये मूलभूत कार्य कैसे करती है? हम जानते हैं कि मनुष्य जैसे बहुकोशिकीय जीवों में श्रम विभाजन होता है। इसका अर्थ है कि मानव शरीर के विभिन्न भाग विभिन्न कार्य करते हैं। मानव शरीर में रक्त पंप करने के लिए एक हृदय होता है, भोजन पचाने के लिए एक आमाशय होता है और इसी तरह। इसी प्रकार, श्रम विभाजन एक एकल कोशिका के भीतर भी देखा जाता है। वास्तव में, ऐसी प्रत्येक कोशिका के भीतर कुछ विशिष्ट घटक होते हैं जिन्हें कोशिका अंगक कहा जाता है। प्रत्येक प्रकार का कोशिका अंगक एक विशेष कार्य करता है, जैसे कोशिका में नई सामग्री बनाना, कोशिका से अपशिष्ट पदार्थ को साफ करना आदि। एक कोशिका इन अंगकों के कारण जीवित रहने और अपने सभी कार्य करने में सक्षम होती है। ये अंगक मिलकर कोशिका नामक मूल इकाई का निर्माण करते हैं। यह रोचक बात है कि सभी कोशिकाओं में एक ही प्रकार के अंगक पाए जाते हैं, चाहे उनका कार्य कुछ भी हो या वे किसी भी जीव में पाई जाती हों।

5.2 कोशिका किससे बनी होती है? कोशिका की संरचनात्मक संगठन क्या है?

हमने ऊपर देखा कि कोशिका में विशेष घटक होते हैं जिन्हें अंगक कहते हैं। एक कोशिका कैसे संगठित होती है?

यदि हम एक कोशिका का सूक्ष्मदर्शी के अंतर्गत अध्ययन करें, तो हमें लगभग हर कोशिका में तीन विशेषताएं दिखाई देंगी; प्लाज्मा झिल्ली, केंद्रक और कोशिकाद्रव्य। कोशिका के भीतर की सभी गतिविधियाँ और कोशिका का उसके पर्यावरण के साथ अन्योन्यक्रिया इन विशेषताओं के कारण संभव होती हैं। आइए देखें कैसे।

5.2.1 प्लाज्मा झिल्ली या कोशिका झिल्ली

यह कोशिका का सबसे बाहरी आवरण होता है जो कोशिका की सामग्री को उसके बाहरी वातावरण से अलग करता है। प्लाज्मा झिल्ली कुछ पदार्थों के कोशिका के अंदर प्रवेश और बाहर निकलने की अनुमति देती है। यह कुछ अन्य पदार्थों की गति को भी रोकती है। इसलिए, कोशिका झिल्ली को एक चयनात्मक पारगम्य झिल्ली कहा जाता है।

पदार्थों की गति कोशिका के अंदर कैसे होती है? पदार्थ कोशिका से बाहर कैसे जाते हैं?

कार्बन डाइऑक्साइड या ऑक्सीजन जैसे कुछ पदार्थ विसरण नामक प्रक्रिया द्वारा कोशिका झिल्ली के पार जा सकते हैं। हमने पिछले अध्यायों में विसरण की प्रक्रिया का अध्ययन किया है। हमने देखा कि किसी पदार्थ की उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से उस क्षेत्र की ओर एक स्वतःस्फूर्त गति होती है जहाँ उसकी सांद्रता कम होती है।

कोशिकाओं में भी कुछ ऐसा ही होता है जब, उदाहरण के लिए, $CO_2$ जैसा कोई पदार्थ (जो कोशिकीय अपशिष्ट है और कोशिका द्वारा उत्सर्जित किए जाने की आवश्यकता होती है) कोशिका के अंदर उच्च सांद्रता में जमा हो जाता है। कोशिका के बाहरी वातावरण में, $CO_2$ की सांद्रता कोशिका के अंदर की तुलना में कम होती है। जैसे ही कोशिका के अंदर और बाहर $CO_2$ की सांद्रता में अंतर होता है, $CO_2$ विसरण की प्रक्रिया द्वारा, उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से, कोशिका के बाहर निम्न सांद्रता वाले क्षेत्र की ओर चला जाता है। इसी प्रकार, $O_2$ विसरण की प्रक्रिया द्वारा कोशिका में प्रवेश करता है जब कोशिका के अंदर $O_2$ का स्तर या सांद्रता कम हो जाती है। इस प्रकार, विसरण कोशिकाओं के बीच तथा कोशिका और उसके बाहरी वातावरण के बीच गैसीय विनिमय में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

पानी भी विसरण के नियम का पालन करता है। ऐसी चयनात्मक पारगम्य झिल्ली के माध्यम से जल अणुओं की गति को परासरण कहा जाता है।

प्लाज्मा झिल्ली के पार जल की गति भी पानी में घुले पदार्थ की मात्रा से प्रभावित होती है। इस प्रकार, परासरण एक चयनात्मक पारगम्य झिल्ली के पार जल का शुद्ध विसरण है जो उच्च विलेय सांद्रता की ओर होता है।

यदि हम एक जंतु कोशिका या एक पादप कोशिका को पानी में चीनी या नमक के विलयन में डालें तो क्या होगा?

निम्नलिखित तीन में से एक बात हो सकती है:

1. यदि कोशिका को घेरने वाले माध्यम में कोशिका की तुलना में जल की सांद्रता अधिक है, अर्थात बाहरी विलयन बहुत तनु है, तो कोशिका परासरण द्वारा जल प्राप्त करेगी। ऐसे विलयन को अल्पपरासरी विलयन कहा जाता है।

जल अणु कोशिका झिल्ली के पार दोनों दिशाओं में स्वतंत्र रूप से जा सकते हैं, लेकिन कोशिका में प्रवेश करने वाला जल निकलने वाले जल से अधिक होगा। शुद्ध (कुल) परिणाम यह है कि जल कोशिका में प्रवेश करता है। कोशिका के फूलने की संभावना है।

2. यदि माध्यम में कोशिका के बिल्कुल समान जल सांद्रता है, तो कोशिका झिल्ली के पार जल की कोई शुद्ध गति नहीं होगी। ऐसे विलयन को समपरासरी विलयन कहा जाता है।

जल कोशिका झिल्ली के पार दोनों दिशाओं में जाता है, लेकिन अंदर जाने वाली मात्रा बाहर जाने वाली मात्रा के समान होती है, इसलिए जल की कोई कुल गति नहीं होती है। कोशिका का आकार वही रहेगा।

3. यदि माध्यम में कोशिका की तुलना में जल की सांद्रता कम है, अर्थात यह एक बहुत ही सांद्रित विलयन है, तो कोशिका परासरण द्वारा जल खो देगी। ऐसे विलयन को अतिपरासरी विलयन कहा जाता है।

फिर से, जल कोशिका झिल्ली के पार दोनों दिशाओं में जाता है, लेकिन इस बार कोशिका से निकलने वाला जल प्रवेश करने वाले जल से अधिक होता है। इसलिए कोशिका सिकुड़ जाएगी।

इस प्रकार, परासरण एक चयनात्मक पारगम्य झिल्ली के माध्यम से विसरण का एक विशेष मामला है। अब आइए निम्नलिखित क्रियाकलाप करके देखें:

क्रियाकलाप 5.3

एक अंडे के साथ परासरण

(क) तनु हाइड्रोक्लोरिक अम्ल में घोलकर एक अंडे के खोल को हटा दें। खोल अधिकतर कैल्शियम कार्बोनेट का बना होता है। एक पतली बाहरी त्वचा अब अंडे को घेर लेती है। अंडे को शुद्ध पानी में रखें और 5 मिनट बाद देखें। हम क्या देखते हैं?

अंडा फूल जाता है क्योंकि परासरण द्वारा पानी उसमें प्रवेश कर जाता है।

(ख) एक समान खोल-रहित अंडे को सांद्र नमक विलयन में रखें और 5 मिनट तक देखें। अंडा सिकुड़ जाता है। क्यों? पानी अंडे के विलयन से नमक विलयन में चला जाता है क्योंकि नमक विलयन अधिक सांद्रित होता है।

हम सूखे किशमिश या खुबानी के साथ भी इसी तरह का क्रियाकलाप कर सकते हैं।

क्रियाकलाप 5.4

• सूखे किशमिश या खुबानी को सादे पानी में डालें और कुछ समय के लिए छोड़ दें। फिर उन्हें चीनी या नमक के सांद्रित विलयन में रख दें। आप निम्नलिखित देखेंगे:

  (क) पानी में रखने पर प्रत्येक पानी प्राप्त करता है और फूल जाता है।

  (ख) हालाँकि, सांद्रित विलयन में रखने पर यह पानी खो देता है, और परिणामस्वरूप सिकुड़ जाता है।

एककोशिकीय मीठे पानी के जीव और अधिकांश पादप कोशिकाएं परासरण के माध्यम से जल प्राप्त करती हैं। पादप जड़ों द्वारा जल का अवशोषण भी परासरण का एक उदाहरण है।

इस प्रकार, विसरण एक कोशिका के जीवन में गैसों और जल के विनिमय के लिए महत्वपूर्ण है। इसके अतिरिक्त, कोशिका अपने पर्यावरण से पोषण भी प्राप्त करती है। विभिन्न अणु ऊर्जा के उपयोग की आवश्यकता वाले एक प्रकार के परिवहन के माध्यम से कोशिका के अंदर और बाहर जाते हैं।

प्लाज्मा झिल्ली लचीली होती है और लिपिड और प्रोटीन नामक कार्बनिक अणुओं से बनी होती है। हालाँकि, हम प्लाज्मा झिल्ली की संरचना केवल इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी के माध्यम से देख सकते हैं।

कोशिका झिल्ली का लचीलापन कोशिका को अपने बाहरी वातावरण से भोजन और अन्य सामग्री को अंतर्ग्रहण करने में भी सक्षम बनाता है। ऐसी प्रक्रियाओं को अंतर्ग्रहण कहा जाता है। अमीबा ऐसी प्रक्रियाओं के माध्यम से अपना भोजन प्राप्त करता है।

क्रियाकलाप 5.5

स्कूल पुस्तकालय के संसाधनों या इंटरनेट के माध्यम से इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी के बारे में जानकारी प्राप्त करें। इस पर अपने शिक्षक के साथ चर्चा करें।

5.2.2 कोशिका भित्ति

पादप कोशिकाओं में, प्लाज्मा झिल्ली के अतिरिक्त, एक और कठोर बाहरी आवरण होता है जिसे कोशिका भित्ति कहते हैं। कोशिका भित्ति प्लाज्मा झिल्ली के बाहर स्थित होती है। पादप कोशिका भित्ति मुख्य रूप से सेल्युलोज से बनी होती है। सेल्युलोज एक जटिल पदार्थ है और पौधों को संरचनात्मक मजबूती प्रदान करता है।

जब एक सजीव पादप कोशिका परासरण के माध्यम से जल खो देती है तो कोशिका की सामग्री का कोशिका भित्ति से दूर सिकुड़न या संकुचन होता है। इस घटना को जीवद्रव्य कुंचन या प्लाज्मोलिसिस कहा जाता है। हम निम्नलिखित क्रियाकलाप करके इस घटना का अवलोकन कर सकते हैं:

क्रियाकलाप 5.6

• रूई (Rhoeo) की पत्ती के छिलके को पानी में स्लाइड पर माउंट करें और सूक्ष्मदर्शी की उच्च शक्ति के अंतर्गत कोशिकाओं की जांच करें। छोटे हरे कणों पर ध्यान दें, जिन्हें हरितलवक कहा जाता है। इनमें हरितलवक नामक एक हरा पदार्थ होता है। स्लाइड पर माउंट की गई पत्ती पर चीनी या नमक का सांद्र विलयन डालें। एक मिनट प्रतीक्षा करें और सूक्ष्मदर्शी के अंतर्गत देखें। हम क्या देखते हैं?

• अब कुछ रूई की पत्तियों को उबलते पानी में कुछ मिनटों के लिए रख दें। इससे कोशिकाएं मर जाती हैं। फिर एक पत्ती को स्लाइड पर माउंट करें और सूक्ष्मदर्शी के अंतर्गत देखें। स्लाइड पर माउंट की गई पत्ती पर चीनी या नमक का सांद्र विलयन डालें। एक मिनट प्रतीक्षा करें और इसे फिर से देखें। हम क्या पाते हैं? क्या अब प्लाज्मोलिसिस हुआ? हम इस क्रियाकलाप से क्या निष्कर्ष निकालते हैं? ऐसा प्रतीत होता है कि केवल सजीव कोशिकाएं, न कि मृत कोशिकाएं, परासरण द्वारा जल अवशोषित करने में सक्षम हैं।

कोशिका भित्तियाँ पौधों, कवक और जीवाणुओं की कोशिकाओं को बिना फटे बहुत तनु (अल्पपरासरी) बाहरी माध्यम को सहन करने की अनुमति देती हैं। ऐसे माध्यमों में कोशिकाएं परासरण द्वारा जल ग्रहण करती हैं। कोशिका फूलती है, कोशिका भित्ति के विरुद्ध दबाव बनाती है। भित्ति फूली हुई कोशिका के विरुद्ध एक समान दबाव डालती है। अपनी भित्तियों के कारण, ऐसी कोशिकाएं जंतु कोशिकाओं की तुलना में आसपास के माध्यम में बहुत अधिक परिवर्तनों को सहन कर सकती हैं।

5.2.3 केंद्रक

क्या आपको प्याज के छिलके का वह अस्थायी माउंट याद है जो हमने तैयार किया था? हमने छिलके पर आयोडीन विलयन डाला था। क्यों? यदि हम आयोडीन विलयन डाले बिना छिलके का अवलोकन करने का प्रयास करते तो हम क्या देखते? इसे आजमाएं और देखें कि क्या अंतर है। इसके अलावा, जब हमने छिलके पर आयोडीन विलयन डाला, तो क्या प्रत्येक कोशिका समान रूप से रंगीन हुई?

उनके रासायनिक संघटन के अनुसार कोशिकाओं के विभिन्न क्षेत्र विभेदक रूप से रंगीन हो जाते हैं। कुछ क्षेत्र अन्य क्षेत्रों की तुलना में गहरे दिखाई देते हैं। आयोडीन विलयन के अलावा हम कोशिकाओं को रंगने के लिए सैफ्रेनिन विलयन या मेथिलीन ब्लू विलयन का भी उपयोग कर सकते हैं।

हमने प्याज की कोशिकाओं का अवलोकन किया है; आइए अब हम अपने शरीर की कोशिकाओं का अवलोकन करें।

क्रियाकलाप 5.7

• आइए एक ग्लास स्लाइड लें जिस पर पानी की एक बूंद हो। आइसक्रीम के चम्मच का उपयोग करके गाल की आंतरिक सतह को धीरे से खुरचें। क्या चम्मच पर कोई सामग्री चिपक जाती है? एक सुई की सहायता से हम इस सामग्री को स्थानांतरित कर सकते हैं और इसे इसके लिए तैयार रखी ग्लास स्लाइड पर समान रूप से फैला सकते हैं। सामग्री को रंगने के लिए हम उस पर मेथिलीन ब्लू विलयन की एक बूंद डाल सकते हैं। अब सामग्री सूक्ष