थंडीत कोळी कसे जगतात? विज्ञानाने सापडलेले आश्चर्यकारक रहस्य

हिवाळ्यातील कोळ्यांमधील अँटीफ्रीझ प्रोटीनचा शोध. हे प्रोटीन थंडीत कोळ्यांना जिवंत कसे ठेवतात? संपूर्ण शास्त्रीय माहिती मराठीत.

हिवाळ्यातील कोळी आणि नैसर्गिक अँटीफ्रीझ प्रोटीन: निसर्गाचे अद्भुत रहस्य

हिवाळ्याच्या सकाळी, जेव्हा बर्फाचा पांढरा आवरणाने संपूर्ण निसर्ग झाकलेला असतो, तेव्हा आपल्याला असे वाटते की सर्व जीवन थंडीत गुंगलेले आहे. पण या थंडीत देखील काही जीव सक्रिय असतात. त्यापैकी एक आश्चर्यकारक उदाहरण म्हणजे कोळी. होय, तेच कोळी जे आपल्या घरातील कोपऱ्यांत जाळे विणतात. हिवाळ्यातही ते सापडतात. पण प्रश्न असा आहे की इतक्या थंड हवामानात ते जिवंत कसे राहतात? याचे रहस्य विज्ञानांनी नुकतेच शोधले आहे. ते रहस्य म्हणजे त्यांच्या शरीरातील “नैसर्गिक अँटीफ्रीझ प्रोटीन”. हा लेख या अद्भुत शास्त्रीय शोधाची सविस्तर माहिती घेऊन जाणार आहे. आपण या प्रोटीनचे काम, कोळ्यांवर होणाऱ्या संशोधनाचा अभ्यास आणि मानवासाठी याचे उपयोग याबद्दल माहिती घेणार आहोत.

कोळी आणि हिवाळा: एक जीवन-मरणाचे सामर्थ्य चाचणी

कोळे हे अॅराक्निड वर्गातील प्राणी आहेत. बहुतेक कोळ्यांसाठी हिवाळा हा एक मोठा आव्हानाचा काळ असतो. थंडीमुळे त्यांच्या शरीरातील पाणी गोठू शकते. पाणी गोठले की त्याचे घन रूप बनते आणि त्याचे प्रमाण वाढते. यामुळे शरीरातील पेशी फुटू शकतात, रक्तवाहिन्यांना इजा होऊ शकते आणि शेवटी मृत्यू ओढवू शकतो. म्हणूनच थंड रक्ताचे प्राणी, जसे की कीटक, मेंढ्या आणि कोळे, यांना हिवाळ्यात टिकून राहण्यासाठी विशेष उपाययोजना कराव्या लागतात.

काही कोळे खोल गुहेत किंवा जमिनीखाली लपून हिवाळा काढतात. पण काही प्रजाती थेट थंडीचा सामना करतात. अशा कोळ्यांच्या शरीरात काही विशेष रसायने तयार होतात जी त्यांना अतिथंडीत देखील जगू देतात. ही रसायनेच “अँटीफ्रीझ प्रोटीन” आहेत.

अँटीफ्रीझ प्रोटीन म्हणजे नक्की काय?

अँटीफ्रीझ प्रोटीन ही एक विशेष प्रकारची प्रोटीन्स आहेत जी काही प्राणी आणि वनस्पतींच्या शरीरात नैसर्गिकरित्या तयार होतात. या प्रोटीनचे मुख्य काम म्हणजे शरीरातील द्रव्यांचा गोठण्याचा बिंदू खाली आणणे. साध्या भाषेत सांगायचे तर, ही प्रोटीन्स पाण्याला सामान्य तापमानापेक्षा खालच्या तापमानात देखील गोठू देत नाहीत.

हे प्रोटीन कसे काम करतात? जेव्हा पाणी गोठू लागते तेव्हा छोटे बर्फाचे क्रिस्टल तयार होतात. हे क्रिस्टल वाढत वाढत मोठे होतात आणि शरीराला इजा पोहोचवतात. अँटीफ्रीझ प्रोटीन ही या बर्फाच्या क्रिस्टल्सशी चिकटून बसतात आणि त्यांना वाढू देत नाहीत. ती क्रिस्टल्सची आकार नियंत्रित करतात आणि त्यांना तीक्ष्ण, धारदार स्वरूपात वाढू देत नाहीत. यामुळे शरीरातील पेशींना इजा होत नाही आणि प्राणी थंडीत देखील सुरक्षित राहतो.

कोळ्यांवरील संशोधन: शास्त्रज्ञांनी काय शोधले?

हिवाळ्यातील कोळ्यांच्या या क्षमतेबद्दल शास्त्रज्ञांना बर्याच काळापासून कुतूहल होते. अलीकडे झालेल्या संशोधनात, शास्त्रज्ञांनी हिवाळ्यात सापडणाऱ्या कोळ्यांच्या प्रजातींचा अभ्यास केला. त्यांनी या कोळ्यांच्या रक्त आणि शरीरातील द्रव्यांचे नमुने घेतले आणि त्यांचे प्रयोगशाळेत विश्लेषण केले.

या संशोधनात असे आढळून आले की:

• हिवाळ्यातील कोळ्यांच्या शरीरात विशिष्ट प्रकारचे प्रोटीन्सचे प्रमाण खूप जास्त असते.
• हे प्रोटीन्स इतर कोळ्यांच्या तुलनेत अधिक प्रभावीपणे काम करतात.
• ज्या कोळ्यांच्या शरीरात या प्रोटीन्सचे प्रमाण जास्त आहे, ते कोळी अधिक कमी तापमानात टिकू शकतात.
• हे प्रोटीन केवळ बर्फाच्या क्रिस्टल्सची वाढ रोखत नाहीत, तर शरीरातील पेशींच्या आजारापासून देखील संरक्षण करतात.

संशोधकांनी या प्रोटीन्सचे रेणूंचे स्वरूप आणि रचना समजून घेण्यासाठी प्रगत तंत्रज्ञानाचा वापर केला. या संशोधनाचे नेतृत्व करणाऱ्या संस्थांमध्ये जगभरातील प्रमुख विद्यापीठे आणि जीवविज्ञान संस्थांचा समावेश होता, ज्यांनी त्यांच्या निष्कर्षांसाठी पॅर सरावलेल्या वैज्ञानिक जर्नल्समध्ये प्रकाशित केले आहे.

अँटीफ्रीझ प्रोटीनचे प्रकार आणि कार्य

सर्व अँटीफ्रीझ प्रोटीन्स सारखीच नसतात. कोळ्यांमध्ये आढळणारी प्रोटीन्स ही त्यांच्या स्वरूपात आणि कार्यात अगदी विशेष असतात. मुख्यतः दोन प्रकारची कार्ये आपण पाहू शकतो:

• थर्मल हिस्टेरेसिस प्रोटीन: ही प्रोटीन्स शरीरातील द्रव्यांचा गोठण्याचा बिंदू खाली आणतात पण वितळण्याचा बिंदू बदलत नाहीत. यामुळे प्राणी थंडीत सुरक्षित राहतो.
• आय्स रिक्रिस्टलायझेशन इनहिबिटर प्रोटीन: ही प्रोटीन्स बर्फाच्या क्रिस्टल्सना पुन्हा आकार बदलण्यापासून आणि वाढण्यापासून रोखतात. हे खूप महत्त्वाचे आहे कारण बर्फाच्या क्रिस्टल्सची वाढ आणि आकार बदलणे हेच पेशींना इजा पोहोचवते.

कोळ्यांच्या शरीरात ही दोन्ही प्रकारची कार्ये करणारी प्रोटीन्स आढळतात. यामुळे ते हिवाळ्यातील अतिथंडीत देखील टिकून राहू शकतात.

कोळ्यांसोबत इतर प्राणी आणि वनस्पतींमधील अँटीफ्रीझ प्रोटीन

कोळे हे एकमेव प्राणी नाहीत जे अँटीफ्रीझ प्रोटीन वापरतात. निसर्गात असे अनेक उदाहरणे आहेत.

• अंटार्क्टिक मासे: अंटार्क्टिका भोवतीच्या समुद्रात काही मासे अशा आहेत ज्यांच्या शरीरात अँटीफ्रीझ ग्लायकोप्रोटीन्स असतात. हे मासे अतिथंड पाण्यात (-2°C पर्यंत) राहू शकतात.
• कीटक: अनेक कीटक, जसे की विशिष्ट बीटल, त्यांच्या शरीरात अँटीफ्रीझ प्रोटीन तयार करतात.
• वनस्पती: काही वनस्पती, जसे की गाजर, कोबी, आणि विविध हिवाळी वनस्पती, यांच्यामध्ये देखील अँटीफ्रीझ प्रोटीन्स आढळतात ज्या त्यांना हिमवर्षावात टिकून राहण्यास मदत करतात.

खालील तक्त्यामध्ये आपण विविध जीवांमधील अँटीफ्रीझ प्रोटीनची तुलना पाहू शकता.

मानवासाठी उपयोग: बायोमिमिक्रीचे चमत्कार

निसर्गातील युक्त्या नक्कल करून मानवासाठी उपयुक्त अशी तंत्रज्ञान विकसित करण्याला “बायोमिमिक्री” म्हणतात. कोळ्यांमधील अँटीफ्रीझ प्रोटीनचा अभ्यास करून मानवाला अनेक फायदे होऊ शकतात.

• अन्न उद्योग: हे प्रोटीन्स अन्न उद्योगात वापरली जाऊ शकतात. उदाहरणार्थ, आईस्क्रीममध्ये याचा वापर करून ती अधिक काळ गोठवून ठेवली तरीही मऊ आणि साधी राहील. सध्या आईस्क्रीम गोठवल्यावर त्यात मोठे बर्फाचे क्रिस्टल तयार होतात ज्यामुळे ती खवलेदार बनते. अँटीफ्रीझ प्रोटीन्स ही क्रिस्टल्स लहान आणि गुळगुळीत ठेवतील.
• वैद्यकशास्त्र: अंग प्रत्यारोपणासाठी वापरल्या जाणाऱ्या अवयवांना गोठवून ठेवण्यासाठी या प्रोटीन्सचा उपयोग होऊ शकतो. सध्या, गोठवलेले अवयवांमध्ये बर्फाचे क्रिस्टल तयार होऊन पेशींना इजा होते. नवीन अँटीफ्रीझ प्रोटीन्सचा वापर करून ही समस्या सोडवता येऊ शकते.
• वाहन उद्योग: विमानांच्या पंखांवर बर्फ जमणे एक मोठी समस्या आहे. या प्रोटीन्सपासून तयार केलेले कोटिंग्ज विमानांच्या पंखांवर बर्फ जमू देत नाहीत, ज्यामुळे उड्डाण सुरक्षित होते.

FAQs

१. सर्व कोळ्यांमध्ये अँटीफ्रीझ प्रोटीन्स असतात का?
नाही, सर्व कोळ्यांमध्ये ही प्रोटीन्स असत नाहीत. ही क्षमता मुख्यतः त्या कोळ्यांच्या प्रजातींमध्ये आढळते जे थंड प्रदेशात राहतात किंवा ज्यांना हिवाळ्यात सक्रिय राहावे लागते. उष्ण कटिबंधीय प्रदेशातील कोळ्यांमध्ये या प्रोटीन्सची गरज नसते.

२. हे प्रोटीन्स कोळ्यांना पूर्णतः गोठण्यापासून वाचवू शकतात का?
काही प्रकरणांमध्ये होय. काही कीटक आणि कोळे अशा आहेत जे त्यांच्या शरीरातील ६०% पेक्षा जास्त द्रव गोठले तरीही वसंत ऋतूमध्ये पुन्हा सक्रिय होतात. अँटीफ्रीझ प्रोटीन्स हे पेशींच्या आत आणि बाहेरील बर्फाच्या क्रिस्टल्सची वाढ रोखून हे शक्य करतात.

३. या प्रोटीन्सचा वापर करून मानव नैसर्गिक अँटीफ्रीझ तयार करू शकतो का?
शास्त्रज्ञ यावर काम करत आहेत. आत्महत्या प्रोटीन्सची रचना समजून घेऊन, ती प्रयोगशाळेत संश्लेषित करणे किंवा जैविक अभियांत्रिकीद्वारे बॅक्टेरियामध्ये तयार करणे शक्य आहे. हे एक सक्रिय संशोधन क्षेत्र आहे.

४. कोळी हिवाळ्यात अन्नाशिवाय कसे टिकतात?
अँटीफ्रीझ प्रोटीन्स थंडीपासून संरक्षण देतात, पण उर्जेचा प्रश्न असतो. हिवाळ्यापूर्वी कोळी जास्त प्रमाणात अन्न खातात आणि शरीरात चरबी साठवतात. हिवाळ्यात ते त्यांच्या चयापचय खूप मंद करतात, ज्यामुळे उर्जेचा वापर कमी होतो आणि ते कमी अन्नावर टिकू शकतात.

५. हा शोध पर्यावरण बदलासंबंधी कसा मदत करू शकतो?
हवामान बदलामुळे जगभरातील तापमानात चढ-उतार होत आहेत. प्राणी आणि वनस्पतींच्या थंडीत टिकून राहण्याच्या क्षमतेचा अभ्यास करून, आपण भविष्यातील हवामानासाठी पिके किंवा जीव अधिक सहनशील कसे बनवता येतील याचा अंदाज घेऊ शकतो.