सूक्ष्मजीव: मित्र एवं शत्रु (Microorganisms: Friend and Foe)

प्रस्तावना: सूक्ष्मदर्शीय सजीवों का अदृश्य संसार

जब हम अपने चारों ओर प्रकृति को देखते हैं, तो हमारी नग्न आँखें केवल उन जीवों को देख पाती हैं जिनका आकार पर्याप्त बड़ा होता है—जैसे विशाल वृक्ष, पौधे, पक्षी, पालतू पशु और अन्य मनुष्य। किन्तु यह दृश्यमान जैव-जगत पृथ्वी की कुल जैव-विविधता का केवल एक छोटा सा हिस्सा है। तालाब के पानी की एक अकेली बूँद में, बगीचे की एक चुटकी नम मिट्टी में और यहाँ तक कि जिस हवा में हम सांस लेते हैं, उसमें सजीवों का एक ऐसा विस्मयकारी और विशाल संसार उपस्थित है जिसे हम अपनी सामान्य आँखों से सीधे नहीं देख सकते। इन सजीवों को केवल सूक्ष्मदर्शी (Microscope) यंत्र की सहायता से ही आवर्धित करके देखा और समझा जा सकता है। विज्ञान की भाषा में ऐसे अत्यंत छोटे जीवों को सूक्ष्मजीव (Microorganisms या Microbes) कहा जाता है।

1. ऐतिहासिक खोज: एंटनी वॉन ल्यूवेनहॉक और सूक्ष्मदर्शी का चमत्कार

सदियों तक मानव सभ्यता सूक्ष्मजीवों के अस्तित्व से पूरी तरह अनभिज्ञ रही, यद्यपि वह दही जमाने, सिरका बनाने और मदिरा के किण्वन में अनजाने में इनका उपयोग करती आ रही थी। सूक्ष्मजैविकी (Microbiology) के वैज्ञानिक युग का आरंभ 1674 में हुआ, जब हॉलैंड (नीदरलैंड) के एक कपड़ा व्यापारी और लेंस निर्माता एंटनी वॉन ल्यूवेनहॉक (Antonie van Leeuwenhoek) ने अपने हाथों से 300 गुना तक आवर्धन क्षमता वाले सरल सूक्ष्मदर्शी लेंस तैयार किए। जब ल्यूवेनहॉक ने तालाब के रुके हुए गंदे पानी और अपने दाँतों के मैल की एक बूँद को सूक्ष्मदर्शी के नीचे रखकर देखा, तो वे यह देखकर चकित रह गए कि पानी में अनगिनत नन्हें-नन्हें जीव तैर रहे थे और गतिशील थे। उन्होंने इन नन्हे जीवों को 'एनिमलक्यूल्स' (Animalcules - सूक्ष्म जंतु) नाम दिया। ल्यूवेनहॉक के इस ऐतिहासिक आविष्कार ने जीव विज्ञान की एक नई शाखा को जन्म दिया, जिसके कारण उन्हें 'सूक्ष्मजैविकी का जनक' कहा जाता है।

2. सूक्ष्मजीव कहाँ रहते हैं? इनकी सहनशीलता और आवास

सूक्ष्मजीव पृथ्वी के सबसे सहनशील, अनुकूलनशील और सर्वव्यापी (Ubiquitous) जीव हैं। वे जल, थल, वायु और यहाँ तक कि उन सबसे भीषण व प्रतिकूल परिस्थितियों में भी जीवित रह सकते हैं जहाँ किसी अन्य पौधे या जंतु का जीवित रहना असंभव है:

• अत्यधिक ठंड: ध्रुवों की बर्फ की चादरों, हिमनदों (Glaciers) और अंटार्कटिका की जमा देने वाली ठंड (शून्य से नीचे तापमान) में भी विशेष जीवाणु और शैवाल सक्रिय रहते हैं।
• अत्यधिक गर्मी: उबलते हुए गर्म पानी के झरनों और ज्वालामुखीय गंधक स्रोतों में जहाँ तापमान $100^\circ\text{C}$ से भी अधिक होता है, थर्मोफिलिक जीवाणु आसानी से फलते-फूलते हैं।
• खारे और लवणीय जल: अत्यधिक खारे समुद्रों और झीलों (जैसे मृत सागर) में जहाँ साधारण कोशिकाएं सिकुड़कर मर जाती हैं, हैलोफिलिक सूक्ष्मजीव जीवित रहते हैं।
• रेगिस्तान एवं दलदल: तपती मरुस्थलीय रेत से लेकर दलदली भूमि तक ये हर जगह पाए जाते हैं।
• सजीवों के शरीर के भीतर: मनुष्यों और जंतुओं के पेट (आंतों), त्वचा और मुँह में खरबों जीवाणु वास करते हैं। मानव आंत में पाए जाने वाले 'गट माइक्रोबायोम' भोजन के पाचन और विटामिन निर्माण में सहायता करते हैं।

सुरक्षा कवच - सिस्ट (Cyst): जब पर्यावरण बहुत अधिक शुष्क, गर्म या ठंडा हो जाता है, तो कई सूक्ष्मजीव अपने चारों ओर एक अत्यंत सख्त और अभेद्य सुरक्षात्मक आवरण बना लेते हैं जिसे सिस्ट (Cyst) कहते हैं। सिस्ट के भीतर सूक्ष्मजीव निष्क्रिय अवस्था में पड़े रहते हैं। जैसे ही अनुकूल मौसम (नमी और उचित तापमान) लौटता है, सिस्ट की दीवार टूट जाती है और सूक्ष्मजीव बाहर निकलकर पुनः गुणन करने लगते हैं।

3. सूक्ष्मजीवों का चार मुख्य वर्गों में वर्गीकरण

सूक्ष्मजीवों की कोशिकीय संरचना, पोषण विधि और शारीरिक लक्षणों के आधार पर उन्हें चार प्रमुख समूहों में विभाजित किया गया है (विषाणु को उनकी अनोखी प्रकृति के कारण एक अलग श्रेणी में रखा जाता है):

क. जीवाणु (Bacteria)

जीवाणु एककोशिकीय (Unicellular), प्रोकैरियोटिक (Prokaryotic) जीव हैं। प्रोकैरियोटिक होने के कारण इनमें सुगठित केंद्रक (Nucleus) और झिल्लीदार कोशिकांग (जैसे माइटोकॉन्ड्रिया) नहीं होते; इनका आनुवंशिक पदार्थ (DNA) कोशिका द्रव्य में स्वतंत्र रूप से पड़ा रहता है और कोशिका के बाहर पेप्टिडोग्लाइकन की मजबूत कोशिका भित्ति होती है। आकृति के आधार पर जीवाणु चार प्रकार के होते हैं:

1. गोलाकार जीवाणु (Coccus): गेंद के समान गोल आकृति वाले, जैसे स्ट्रेप्टोकोकस (निमोनिया कारक)।
2. छड़ाकार जीवाणु (Bacillus): बेलनाकार या छड़ जैसी आकृति वाले, जैसे लैक्टोबैसिलस (दूध से दही जमाने वाला) और ई. कोलाई।
3. सर्पिलाकार जीवाणु (Spirillum): पेंच या स्प्रिंग की तरह मुड़े हुए जीवाणु।
4. कॉमा आकार जीवाणु (Vibrio): हल्के मुड़े हुए विराम चिन्ह (,) की तरह, जैसे विब्रियो कॉलरी (हैजा रोग का कारक)।

ख. कवक या फफूंद (Fungi)

कवक अकलोरोफिली (गैर-हरे), यूकैरियोटिक जीव हैं जिनकी कोशिका भित्ति सेल्यूलोज की नहीं बल्कि काइटिन (Chitin) नामक जटिल शर्करा की बनी होती है। इनमें क्लोरोफिल न होने के कारण ये अपना भोजन स्वयं नहीं बना सकते; ये मृतजीवी (सड़े-गले कार्बनिक पदार्थों से भोजन सोखने वाले) या परजीवी होते हैं। कवक एककोशिकीय भी होते हैं और बहुकोशिकीय भी:

• यीस्ट (खमीर / Yeast): एककोशिकीय अंडाकार कवक, जो ब्रेड बनाने और शराब बनाने (किण्वन) में अनिवार्य है।
• राइजोपस या ब्रेड मोल्ड (Bread Mould): बासी, नम ब्रेड पर रोएं जैसी सफेद-काली जाली के रूप में उगने वाला बहुकोशिकीय कवक।
• पेनिसिलियम (Penicillium): ब्रश जैसी संरचना वाला कवक, जिससे विश्व की पहली जीवनरक्षक एंटीबायोटिक (पेनिसिलिन) बनाई गई थी।
• एस्परजिलस (Aspergillus): सीलन भरे अनाज और मूँगफली पर उगने वाली विषैली फफूंद।

ग. प्रोटोजोआ (Protozoa)

प्रोटोजोआ (अर्थात 'प्राथमिक जंतु') एककोशिकीय, यूकैरियोटिक सूक्ष्मजीव हैं जो विषमपोषी होते हैं और जंतुओं की तरह सक्रिय गति (चलन) प्रदर्शित करते हैं। ये ताजे जल, समुद्र, नम मिट्टी और सजीवों के शरीर में रहते हैं। चलन अंगों के आधार पर इनके मुख्य उदाहरण हैं:

• अमीबा (Amoeba): इसका कोई निश्चित आकार नहीं होता; यह भोजन पकड़ने और चलने के लिए अपनी कोशिका से अस्थायी अंगुलियों जैसी संरचनाएं बाहर निकालता है जिन्हें पादाम या कूटपाद (Pseudopodia) कहते हैं।
• पैरामीशियम (Paramecium): चप्पल की आकृति का जीव, जिसकी पूरी सतह पर हजारों महीन बाल जैसी संरचनाएं होती हैं जिन्हें पक्ष्माभ (Cilia) कहते हैं, जिनके चप्पू की तरह हिलने से यह पानी में तैरता है।
• युग्लीना (Euglena): चाबुक जैसी पूँछ यानी कशाभिका (Flagellum) से गति करता है; धूप में प्रकाश संश्लेषण करता है और अंधेरे में जंतुओं की तरह पोषण करता है।
• रोगकारक प्रोटोजोआ: प्लाज्मोडियम (मलेरिया परजीवी) तथा एंटअमीबा हिस्टोलिटिका (अमीबी पेचिश का कारक)।

घ. शैवाल (Algae)

शैवाल सरल, थैलस-रूपी (बिना जड़, तना, पत्ती वाले) स्वपोषी जलीय पौधे हैं। इनमें हरी रंगत वाला क्लोरोफिल पाया जाता है और सेल्यूलोज की कोशिका भित्ति होती है। ये सूर्य के प्रकाश में प्रकाश संश्लेषण करके अपना भोजन स्वयं बनाते हैं और जल में ऑक्सीजन छोड़ते हैं:

• क्लैमाइडोमोनास (Chlamydomonas): नाशपाती के आकार का एककोशिकीय हरा शैवाल, जिसमें तैरने के लिए दो कशाभिकाएं (Flagella) होती हैं।
• स्पाइरोगायरा (Spirogyra): तालाबों के पानी पर हरी काई के रूप में तैरने वाला बहुकोशिकीय तंतुरूपी शैवाल, जिसकी कोशिकाओं में रिबन जैसी सर्पिलाकार हरितलवक (Chloroplast) पाई जाती है।
• डायटम (Diatoms): सिलिका (कांच) की बनी अद्भुत सुंदर दोहरी खोल वाले सूक्ष्म एककोशिकीय शैवाल।
• नील-हरित शैवाल (सायनोबैक्टीरिया): प्रकाश संश्लेषी प्रोकैरियोटिक जीव (जैसे नॉस्टॉक और एनाबीना) जो धान के खेतों में वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करते हैं।

प्रस्तावना: जीवन और निर्जीव के सीमांत पर स्थित पहेली

आधुनिक जीव विज्ञान में खोजी गई सभी सूक्ष्म संरचनाओं में विषाणु (Viruses) सबसे रहस्यमयी और अनोखी सत्ता हैं। क्या विषाणु जीवित प्राणी हैं अथवा निर्जीव रासायनिक अणु? यह प्रश्न दशकों से वैज्ञानिकों के बीच गहन जिज्ञासा का केंद्र रहा है। विषाणु शास्त्रीय 'कोशिका सिद्धांत' (Cell Theory) का पालन नहीं करते, क्योंकि इनके पास न तो कोई कोशिका द्रव्य (Cytoplasm) होता है, न कोशिका झिल्ली और न ही राइबोसोम या ऊर्जा बनाने वाले अंग। अतः आधुनिक विज्ञान में विषाणुओं को सजीव और निर्जीव के बीच की योजक कड़ी (Connecting Link between Living and Non-Living) माना जाता है।

1. विषाणु की सूक्ष्म आणविक संरचना

विषाणु आकार में जीवाणुओं से भी सैकड़ों गुना छोटे होते हैं। इनका आकार प्रायः 20 से 400 नैनोमीटर (nm) के बीच होता है। इतने सूक्ष्म होने के कारण ये साधारण प्रकाश सूक्ष्मदर्शी से कभी नहीं देखे जा सकते; इन्हें देखने के लिए अत्यधिक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (Electron Microscope) की आवश्यकता होती है। विभिन्न रूपों (गोलाकार, छड़ाकार, बहुफलकीय) के बावजूद प्रत्येक विषाणु की मूल रचना केवल दो प्राथमिक घटकों से बनी होती है:

1. आनुवंशिक कोर (न्यूक्लिक अम्ल): विषाणु के केंद्र में उसका आनुवंशिक पदार्थ होता है। सामान्य सजीव कोशिकाओं में DNA और RNA दोनों पाए जाते हैं, किन्तु एक विषाणु में या तो केवल DNA होगा या केवल RNA, कभी भी दोनों एक साथ नहीं हो सकते। उदाहरण के लिए चेचक के विषाणु और जीवाणुभोजी (Bacteriophage) में DNA होता है, जबकि इन्फ्लूएंजा, पोलियो, एचआईवी (AIDS) और कोरोना वायरस में RNA होता है।
2. प्रोटीन आवरण (कैप्सिड - Capsid): न्यूक्लिक अम्ल के चारों ओर प्रोटीन का एक कड़ा सुरक्षात्मक खोल होता है जिसे कैप्सिड कहते हैं। कैप्सिड छोटी-छोटी प्रोटीन इकाइयों (कैप्सोमियर्स) से बना होता है। कुछ जंतु विषाणुओं के बाहर लिपिड और प्रोटीन की अतिरिक्त झिल्ली (Envelope) भी होती है जिस पर स्पाइक लगे होते हैं।

2. विषाणु के दोहरे लक्षण: सजीव बनाम निर्जीव

विषाणु की दोहरी प्रकृति निम्नलिखित वैज्ञानिक तथ्यों पर आधारित है:

क. परपोषी के बाहर निर्जीव लक्षण (Inanimate Characteristics)

• अकोशिकीय संरचना: इनमें कोई कोशिका द्रव्य, केंद्रक या उपापचयी अंग नहीं होते। ये केवल अकोशिकीय रासायनिक संकुल हैं।
• श्वसन एवं उपापचय का अभाव: किसी जीवित कोशिका से बाहर रहने पर विषाणु में कोई श्वसन नहीं होता, कोई ऊर्जा (ATP) नहीं बनती और न ही कोई भोजन का अवशोषण या उत्सर्जन होता है। ये पूरी तरह निष्क्रिय धूलकण के समान होते हैं।
• क्रिस्टल (रवे) बनाए जाने की क्षमता: 1935 में अमेरिकी वैज्ञानिक डबल्यू. एम. स्टेनली (Wendell Stanley) ने तंबाकू के मोज़ेक वायरस (TMV) को निर्जीव रासायनिक लवणों की तरह क्रिस्टल (रवों) के रूप में अलग करने में सफलता पाई। इन रासायनिक रवों को दशकों तक शीशी में बंद रखा जा सकता है, फिर भी वे जीवित पौधे के संपर्क में आते ही पुनः सक्रिय संक्रमण फैलाने में सक्षम होते हैं।

ख. परपोषी के भीतर सजीव लक्षण (Living Characteristics)

• तीव्र जनन एवं प्रतिलिपिकरण: जब कोई विषाणु किसी जीवित पौधे, जंतु या मनुष्य की कोशिका में प्रवेश करता है, तो वह तुरंत सजीव हो उठता है। वह मेजबान कोशिका के संसाधनों और राइबोसोम पर कब्जा कर लेता है और अपने आनुवंशिक कोड के अनुसार हजारों नए विषाणु बनाने लगता है।
• उत्परिवर्तन (Mutation) एवं आनुवंशिकी: विषाणुओं में आनुवंशिक पदार्थ होता है जो समय के साथ बदलता (म्यूटेट होता) है, जिससे वे दवाओं और टीकों के विरुद्ध प्रतिरोधक क्षमता विकसित कर लेते हैं।
• रोगजनकता: ये सजीवों में भीषण संक्रामक बीमारियाँ उत्पन्न करते हैं।

3. अविकल्पी अंतःकोशिकीय परजीविता (Obligate Intracellular Parasitism)

चूंकि विषाणुओं के पास अपनी कोई उपापचयी मशीनरी नहीं होती, इसलिए वे अविकल्पी अंतःकोशिकीय परजीवी कहलाते हैं। इसका अर्थ है कि वे किसी निर्जीव पोषक घोल, दूध या सड़ी-गली मिट्टी में कभी प्रजनन नहीं कर सकते; वे केवल और केवल किसी जीवित कोशिका के भीतर ही वंशवृद्धि कर सकते हैं। जब एक विषाणु (जैसे जीवाणुभोजी - बैक्टीरिया पर हमला करने वाला वायरस) कोशिका को संक्रमित करता है, तो वह अपना न्यूक्लिक अम्ल अंदर डाल देता है, कोशिका को विषाणुओं की फैक्ट्री बना देता है और अंत में कोशिका की झिल्ली फाड़कर (Lysis) बाहर निकल आता है, जिससे वह कोशिका नष्ट हो जाती है।

4. विषाणुओं द्वारा होने वाले प्रमुख घातक रोग

विषाणु जिस कोशिका में जाते हैं, उसे मारकर नष्ट कर देते हैं, जिसके कारण ये अत्यंत संक्रामक और गंभीर बीमारियाँ फैलाते हैं:

• मानव रोग:
  • जुकाम एवं इन्फ्लूएंजा (फ्लू): छींकने, खांसने से हवा में फैलने वाला श्वसन संक्रमण।
  • पोलियो (Poliomyelitis): पोलियो वायरस रीढ़ की हड्डी की तंत्रिकाओं को नष्ट कर देता है, जिससे बच्चों के हाथ-पैर में स्थायी लकवा हो जाता है।
  • खसरा (Measles) एवं चेचक (Chickenpox): त्वचा पर लाल दाने, तेज बुखार और अत्यधिक संक्रामकता।
  • एड्स (AIDS): ह्यूमन इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस (HIV) द्वारा होता है, जो शरीर के रोग प्रतिरोधी श्वेत रक्त कणों (T-कोशिकाओं) को नष्ट कर देता है।
  • रेबीज (अलर्क रोग): पागल कुत्ते के काटने से फैलता है, जिसमें केंद्रीय तंत्रिका तंत्र प्रभावित होता है और रोगी को पानी से भयानक डर (Hydrophobia) लगने लगता है।
  • डेंगू एवं चिकनगुनिया: एडीज मच्छर के काटने से फैलने वाले घातक विषाणु जनित बुखार।
• जंतु रोग: मवेशियों में खुरपका और मुंहपका रोग (Foot and Mouth Disease - FMD), जिससे गाय-भैंसों के खुरों और मुँह में छाले पड़ जाते हैं।
• पादप रोग: तंबाकू का मोज़ेक रोग (TMV), तथा भिंडी की पीत शिरा मोज़ेक बीमारी।

5. विषाणु जनित रोगों पर एंटीबायोटिक (प्रतिजैविक) दवाएं बेअसर क्यों होती हैं?

विज्ञान का यह सबसे महत्वपूर्ण नियम है कि साधारण सर्दी-जुकाम, इन्फ्लूएंजा या वायरल बुखार में एंटीबायोटिक दवाएं कोई काम नहीं करतीं:

वैज्ञानिक कारण: एंटीबायोटिक दवाएं (जैसे पेनिसिलिन, एम्पीसिलीन) जीवाणुओं की विशेष उपापचयी क्रियाओं को निशाना बनाती हैं—जैसे जीवाणु की कोशिका भित्ति (Cell Wall) बनने से रोकना या उसके प्रोटीन निर्माण तंत्र को ठप करना। किन्तु विषाणुओं के पास न तो कोई कोशिका भित्ति होती है और न ही अपनी कोई उपापचयी प्रणाली। विषाणु अपना सारा काम मेजबान मानव कोशिका के संसाधनों से करवाते हैं। अतः एंटीबायोटिक के पास नष्ट करने के लिए कोई जीवाण्विक लक्ष्य ही नहीं होता। वायरल संक्रमण में एंटीबायोटिक खाना पूरी तरह व्यर्थ है और इससे शरीर के मित्र जीवाणु नष्ट होते हैं।

प्रस्तावना: हमारे सूक्ष्मदर्शीय मित्र

विषाणुओं की घातक महामारियों और जीवाणुओं के संक्रामक रोगों की चर्चा सुनकर प्रायः यह भ्रांति उत्पन्न हो जाती है कि सभी सूक्ष्मजीव हमारे शत्रु हैं और केवल विनाश लाते हैं। किन्तु वास्तविकता इसके बिल्कुल विपरीत है। प्रकृति में मौजूद सूक्ष्मजीवों का 95% से अधिक हिस्सा मनुष्यों के लिए पूरी तरह हानिरहित और अत्यंत कल्याणकारी है। यदि मित्रवत सूक्ष्मजीव न होते, तो हमारे दैनिक जीवन की रसोई से लेकर आधुनिक औषधि निर्माण और वैश्विक जैव-रासायनिक चक्र सब कुछ ठप पड़ जाता। सूक्ष्मजीव प्रकृति के वे अदृश्य रासायनिक शिल्पी हैं जिन्होंने मानव सभ्यता को भोजन, स्वास्थ्य और सुरक्षा प्रदान की है।

1. व्यावसायिक एवं घरेलू उपयोग: किण्वन (Fermentation) की प्रक्रिया

क. दूध से दही का निर्माण: लैक्टोबैसिलस जीवाणु का कमाल

दूध से गाढ़ा, स्वादिष्ट और सुपाच्य दही बनना एक शुद्ध जैविक-रासायनिक चमत्कार है, जिसका मुख्य नायक लैक्टोबैसिलस (Lactobacillus) नामक जीवाणु है:

• जैविक क्रियाविधि: जब हल्के गुनगुने दूध (लगभग $37^\circ\text{C}$ से $40^\circ\text{C}$) में थोड़ा सा पुराना दही (जामन या खट्टा) मिलाया जाता है, तो उसमें मौजूद लाखों लैक्टोबैसिलस जीवाणु सक्रिय हो जाते हैं। वे दूध में प्राकृतिक रूप से उपस्थित शर्करा यानी लैक्टोज (Lactose) को खाकर अवायवीय रूप से लैक्टिक अम्ल (Lactic Acid) में बदल देते हैं।
• केसीन प्रोटीन का थक्का जमना: जैसे-जैसे लैक्टिक अम्ल बनता है, दूध का माध्यम अम्लीय हो जाता है। इस अम्लीयता के कारण दूध में घुला हुआ मुख्य प्रोटीन यानी केसीन (Casein) विकृत होकर आपस में थक्के के रूप में जम जाता है और वसा की बूँदों को बांध लेता है। इससे तरल दूध गाढ़े, ठोस दही में बदल जाता है।
• पोषण संवर्धन: लैक्टोबैसिलस दूध को दही में बदलने के साथ-साथ उसमें विटामिन $B_{12}$ की मात्रा को काफी बढ़ा देते हैं और आंतों में रोग पैदा करने वाले हानिकारक जीवाणुओं को नष्ट करते हैं।

ख. ब्रेड और बेकरी उद्योग: यीस्ट (खमीर) का योगदान

यीस्ट (Saccharomyces cerevisiae) एककोशिकीय कवक है, जो विश्वभर के बेकरी और डबलरोटी उद्योग की धड़कन है:

• अवायवीय श्वसन: जब मैदा या आटे में यीस्ट, थोड़ा गुनगुना पानी और चीनी मिलाकर गूँथा जाता है, तो यीस्ट कोशिकाएं तेजी से जनन करती हैं और ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में श्वसन (किण्वन) करती हैं: $$\text{ग्लूकोज (शर्करा)} \xrightarrow{\text{यीस्ट एंजाइम}} 2\,\text{एथिल अल्कोहल} + 2\,\text{कार्बन डाइऑक्साइड (CO}_2\text{)} + \text{ऊर्जा}$$
• आटे का फूलना (खमीर उठना): श्वसन के दौरान निकलने वाली कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$) गैस के बुलबुले मैदे के लसलसे ग्लूटेन जाल में फँस जाते हैं। जैसे-जैसे गैस फैलती है, गूँथा हुआ आटा फूलकर आकार में दुगुना-तिगुना हो जाता है।
• सॉफ्ट और स्पंजी बनावट: जब इस फूले हुए आटे को ओवन में पकाया जाता है, तो गर्मी से $CO_2$ के बुलबुले बाहर निकल भागते हैं और अल्कोहल उड़ जाता है। पीछे अनगिनत सूक्ष्म छिद्र छूट जाते हैं, जिससे ब्रेड, केक, पाव, जलेबी, भटूरे और ढोकला अत्यंत फूले हुए, कोमल और स्पंजी बनते हैं। इसी प्रकार दक्षिण भारतीय व्यंजन इडली और डोसे का घोल भी खमीर उठने से हल्का और जालीदार बनता है।

ग. बड़े पैमाने पर अल्कोहल उत्पादन और लुई पाश्चर की खोज (1857)

व्यावसायिक स्तर पर शराब, बीयर, वाइन और औद्योगिक अल्कोहल बनाने के लिए यीस्ट को जौ, गेहूँ, चावल और गन्ने के शीरे (Molasses) में मौजूद प्राकृतिक शर्करा पर उगाया जाता है। 1857 में फ्रांस के महान वैज्ञानिक लुई पाश्चर (Louis Pasteur) ने यह ऐतिहासिक खोज की थी कि शर्करा का अल्कोहल में बदलना कोई निर्जीव रासायनिक क्रिया नहीं, बल्कि जीवित यीस्ट कोशिकाओं द्वारा की जाने वाली जैविक प्रक्रिया है जिसे किण्वन (Fermentation) कहते हैं।

इसके अतिरिक्त, एसिटोबैक्टर एसिटी (Acetobacter aceti) नामक जीवाणु का उपयोग करके अल्कोहल को सिरके (एसिटिक अम्ल) में बदला जाता है, जिसका उपयोग अचार और चाऊमीन आदि में बड़े पैमाने पर होता है।

2. औषधीय उपयोग: प्रतिजैविक (Antibiotics) की क्रांति

बीसवीं शताब्दी में चिकित्सा विज्ञान का सबसे बड़ा वरदान प्रतिजैविक (Antibiotics) की खोज थी। प्रतिजैविक वे रासायनिक पदार्थ या औषधियाँ हैं जो विशिष्ट सूक्ष्मजीवों (कवक या जीवाणु) द्वारा स्रावित की जाती हैं और जो बीमारी फैलाने वाले अन्य हानिकारक जीवाणुओं को मार डालती हैं या उनकी वृद्धि को पूरी तरह रोक देती हैं।

क. पेनिसिलिन की ऐतिहासिक खोज: अलेक्जेंडर फ्लेमिंग (1929)

1929 में स्कॉटिश वैज्ञानिक डॉ. अलेक्जेंडर फ्लेमिंग लंदन की प्रयोगशाला में स्ट्रेप्टोकोकस और स्टैफिलोकोकस नामक मवाद पैदा करने वाले संक्रामक जीवाणुओं के संवर्धन पर अनुसंधान कर रहे थे। एक दिन उन्होंने देखा कि उनकी एक कल्चर प्लेट पर हवा से उड़कर आई हरे रंग की फफूंद उग आई थी। फ्लेमिंग ने सूक्ष्मदर्शी से देखा कि उस फफूंद के चारों ओर जीवाणु नष्ट हो गए थे और नए जीवाणु नहीं पनप पा रहे थे!

फ्लेमिंग ने उस फफूंद की पहचान पेनिसिलियम नोटेटम (Penicillium notatum) के रूप में की और पता लगाया कि यह फफूंद एक ऐसा रासायनिक विष छोड़ रही थी जो जीवाणुओं को घोलकर मार रहा था। इस रासायनिक पदार्थ का नाम उन्होंने पेनिसिलिन (Penicillin) रखा। यह मानव इतिहास की पहली एंटीबायोटिक थी, जिसने द्वितीय विश्व युद्ध में घायल लाखों सैनिकों की जान बचाई और फ्लेमिंग को नोबेल पुरस्कार दिलाया।

ख. प्रमुख प्रतिजैविक और उनके उपयोग के कड़े नियम

आज विभिन्न जीवाणुओं और कवकों से सैकड़ों एंटीबायोटिक्स बनाई जाती हैं, जैसे—स्ट्रेप्टोमाइसिन (Streptomycin), टेट्रासाइक्लिन (Tetracycline), एरिथ्रोमाइसिन (Erythromycin) और एम्पीसिलीन।

• प्रतिजैविक लेते समय अनिवार्य सावधानियाँ:
  1. एंटीबायोटिक केवल योग्य डॉक्टर की सलाह और पर्ची पर ही लेनी चाहिए।
  2. दवा का पूरा कोर्स समाप्त करना: डॉक्टर ने जितने दिनों तक दवा खाने को कहा है, उसका पूरा कोर्स समाप्त करना अनिवार्य है, भले ही दो दिन में बीमारी के लक्षण ठीक क्यों न हो जाएं। यदि बीच में ही दवा छोड़ दी जाए, तो बचे हुए जीवाणु म्यूटेट होकर उस दवा के प्रति प्रतिरोधी (Drug Resistant Superbug) बन जाते हैं और अगली बार वह दवा बेअसर हो जाती है।
  3. अनावश्यक रूप से बिना बीमारी के एंटीबायोटिक नहीं खानी चाहिए, क्योंकि यह आंतों के मित्र जीवाणुओं को मार देती है।
  4. यह जुकाम या फ्लू जैसे वायरल रोगों पर बिल्कुल काम नहीं करती।

3. टीका एवं प्रतिरक्षीकरण (Vaccine & Immunization)

एंटीबायोटिक जहाँ बीमारी होने के बाद जीवाणुओं को मारती है, वहीं टीका (वैक्सीन) बीमारी होने से पहले ही शरीर में ऐसी स्थायी सुरक्षा ढाल तैयार करता है कि रोगाणु शरीर में प्रवेश ही न कर सके।

क. प्रतिरक्षा तंत्र का सिद्धांत: एंटीजन, एंटीबॉडी और स्मृति कोशिकाएं

जब कोई बाहरी रोगाणु (एंटीजन) हमारे शरीर के रक्त में प्रवेश करता है, तो हमारी श्वेत रक्त कणिकाएं (B-लिम्फोसाइट्स) उस बाहरी शत्रु को पहचानकर उसके विरुद्ध विशेष Y-आकार के रक्षक प्रोटीन बनाती हैं जिन्हें प्रतिरक्षी (Antibodies) कहते हैं। एंटीबॉडी रोगाणु से चिपककर उसे नष्ट कर देती है। इसके साथ ही शरीर की स्मृति कोशिकाएं (Memory Cells) उस रोगाणु के चेहरे को जीवनभर याद रखती हैं। यदि वही रोगाणु भविष्य में कभी दोबारा शरीर में घुसता है, तो स्मृति कोशिकाएं तुरंत पहचान लेती हैं और पहले से सौ गुना तेजी से एंटीबॉडी बनाकर रोगाणु को बीमारी फैलाने से पहले ही खत्म कर देती हैं।

ख. टीका (Vaccine) कैसे काम करता है?

टीका: किसी विशिष्ट संक्रामक रोग के मृत, अत्यंत दुर्बल (कमजोर) या निष्क्रिय किए गए रोगाणुओं का एक जैविक घोल होता है। जब इसे स्वस्थ व्यक्ति के शरीर में सुई या बूंदों द्वारा डाला जाता है, तो यह व्यक्ति को बीमार किए बिना उसके शरीर के प्रतिरक्षा तंत्र को उत्तेजित कर एंटीबॉडी और स्मृति कोशिकाएं बनवा देता है, जिससे व्यक्ति को उस रोग के प्रति आजीवन प्रतिरक्षा मिल जाती है।

ग. एडवर्ड जेनर और चेचक का टीका (1798)

1798 में अंग्रेज चिकित्सक एडवर्ड जेनर (Edward Jenner) ने देखा कि गायों का दूध दुहने वाली ग्वालिनों को यदि गायों से होने वाला हल्का 'गो-शीतला' (काउपॉक्स) हो जाता था, तो उन्हें कभी भी जानलेवा और कुरूप बनाने वाली भयानक 'बड़ी माता' (चेचक - Smallpox) की बीमारी नहीं होती थी। जेनर ने एक आठ वर्षीय बालक जेम्स फिप्स को काउपॉक्स का टीका लगाया और बाद में चेचक के रोगाणु दिए; बालक पूरी तरह सुरक्षित रहा! जेनर की इस महान खोज से दुनिया का पहला टीका बना। इसी टीकाकरण के वैश्विक अभियान के कारण 1980 तक चेचक का पूरे विश्व से समूल उन्मूलन हो गया।

घ. बच्चों को दिए जाने वाले प्रमुख टीके

• पल्स पोलियो अभियान: 5 वर्ष तक के बच्चों को ओरल पोलियो ड्रॉप्स (OPV) पिलाकर पोलियो मुक्त बनाना।
• BCG का टीका: जन्म के समय तपेदिक (टीबी) की घातक बीमारी से रक्षा हेतु।
• DPT टीका: डिप्थीरिया, काली खांसी (पर्टुसिस) और टिटनेस से रक्षा के लिए त्रिकोणीय टीका।
• हेपेटाइटिस B एवं MMR: लीवर की बीमारी (पीलिया) तथा खसरा, गलसुआ और रूबेला से सुरक्षा।

प्रस्तावना: पृथ्वी के अदृश्य संरक्षक एवं सफाईकर्मी

मानव रसोई और चिकित्सालयों से परे, सूक्ष्मजीव पूरी पृथ्वी के पारिस्थितिकी तंत्र के सबसे बड़े संरक्षक हैं। यदि मिट्टी और पानी में सूक्ष्मजीवों की यह अथक और मूक जैव-रासायनिक सेना काम न कर रही होती, तो पृथ्वी के सारे पोषक तत्व मृत अवशेषों के भीतर हमेशा के लिए कैद हो जाते, मिट्टी बंजर हो जाती और कृषि उत्पादन पूरी तरह ठप पड़ जाता। इस अध्याय में हम अध्ययन करेंगे कि किस प्रकार सूक्ष्मजीव कृषि में प्राकृतिक खाद बनाने का काम करते हैं और किस प्रकार वे मृत सड़े-गले कचरे को साफ करके पर्यावरण के सर्वोच्च सफाईकर्मी (Scavengers) बनते हैं।

1. कृषि में सूक्ष्मजीव: जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण (Biological Nitrogen Fixation)

नाइट्रोजन सभी सजीवों के जीवन का आधारभूत तत्व है, क्योंकि यह प्रोटीनों, अमीनो अम्लों, एंजाइमों, आनुवंशिक पदार्थों (DNA और RNA) तथा पत्तियों के हरे वर्णक (क्लोरोफिल) का मुख्य घटक है। वायुमंडल में लगभग 78% नाइट्रोजन गैस ($N_2$) भरी हुई है। इसके बावजूद, कोई भी पौधा वायुमंडल की इस गैसीय नाइट्रोजन को सीधे पत्तियों से सांस के जरिए नहीं ले सकता। इसका वैज्ञानिक कारण यह है कि नाइट्रोजन के दो परमाणुओं के बीच अत्यधिक शक्तिशाली त्रि-सहसंयोजक बंध ($N \equiv N$) होता है, जिसे पौधों के साधारण एंजाइम नहीं तोड़ सकते। पौधे नाइट्रोजन को केवल अपनी जड़ों से जल में घुले हुए अकार्बनिक यौगिकों—मुख्यतः नाइट्रेट्स ($NO_3^-$) और अमोनियम आयनों—के रूप में ही सोख सकते हैं।

क. जैविक नाइट्रोजन स्थिरिकारी: डायजोट्रॉफ्स (Diazotrophs)

प्रकृति में कुछ विशेष सूक्ष्मजीवों (प्रोकैरियोट्स) के पास ही ऐसा अनोखा जीन और नाइट्रोजिनेज (Nitrogenase) नामक विशेष एंजाइम होता है जो हवा के त्रि-बंध को तोड़कर नाइट्रोजन को अमोनिया और घुलनशील नाइट्रेट्स में बदल सकते हैं। ये दो रूपों में काम करते हैं:

1. सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरिकारी: राइजोबियम जीवाणु (Rhizobium)

चना, मटर, मूँग, मसूर, सोयाबीन और अरहर जैसी दलहनी फसलों (लेग्युमिनस पौधों) की जड़ों में छोटी-छोटी ग्रंथिकाएँ (Root Nodules) पाई जाती हैं। मिट्टी में स्वतंत्र रूप से रहने वाले राइजोबियम जीवाणु पौधे की नन्ही जड़ों के मूलरोमों से भीतर प्रवेश करते हैं और ग्रंथिकाओं में अपना बसेरा बना लेते हैं:

• लेगहीमोग्लोबिन का सुरक्षा कवच: नाइट्रोजिनेज एंजाइम मुक्त ऑक्सीजन ($O_2$) के संपर्क में आते ही नष्ट हो जाता है। अतः पौधे की जड़ की ग्रंथिका एक विशेष गुलाबी-लाल रंग का वर्णक बनाती है जिसे लेगहीमोग्लोबिन (Leghemoglobin) कहते हैं। यह वर्णक ऑक्सीजन को सोख लेता है और नाइट्रोजिनेज एंजाइम के चारों ओर ऑक्सीजन-मुक्त वातावरण बनाकर उसे सुरक्षित रखता है।
• पारस्परिक सहजीविता: राइजोबियम हवा से नाइट्रोजन खींचकर उसे नाइट्रेट्स में बदलता है और पौधे को देता है; बदले में पौधा जीवाणु को प्रकाश संश्लेषण से बना भोजन (शर्करा) और रहने के लिए सुरक्षित घर देता है। जब दलहनी फसल कटती है, तो खेत में सैकड़ों किलोग्राम प्राकृतिक नाइट्रोजन छूट जाती है, जिससे अगली फसल को किसी यूरिया खाद की आवश्यकता नहीं पड़ती।

2. स्वतंत्रजीवी नाइट्रोजन स्थिरिकारी: नील-हरित शैवाल (सायनोबैक्टीरिया)

जमीन और पानी में स्वतंत्र रूप से रहने वाले कुछ सूक्ष्मजीव भी प्राकृतिक जैव-उर्वरक (Biofertilisers) का कार्य करते हैं:

• नील-हरित शैवाल (Cyanobacteria): जैसे नॉस्टॉक (Nostoc) और एनाबीना (Anabaena)। इन शैवालों के लंबे धागों में विशेष मोटी भित्ति वाली कोशिकाएं होती हैं जिन्हें हेटरोसिस्ट (Heterocyst) कहते हैं, जो नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करती हैं।
• बिहार के धान के खेतों में वरदान: बिहार के बाढ़ और नहर सिंचित धान के खेतों में पानी भरा रहता है, जहाँ नील-हरित शैवाल हरी चादर की तरह फैल जाते हैं। इनके सड़ने से धान के पौधों को भारी मात्रा में मुफ्त प्राकृतिक नाइट्रेट्स मिलते हैं, जिससे किसानों का रासायनिक यूरिया पर खर्च आधा रह जाता है।
• एजोटोबैक्टर एवं क्लॉस्ट्रिडियम: मिट्टी में स्वतंत्र रहने वाले जीवाणु जो गेहूँ, मक्का और सरसों की जड़ों के आसपास नाइट्रोजन स्थिर करते हैं।

2. पर्यावरण की सफाई: प्रकृति के सफाईकर्मी और अपघटक (Decomposers)

जरा कल्पना कीजिए कि यदि पृथ्वी पर गिरने वाले करोड़ों सूखे पत्ते, मृत पेड़, मरे हुए पशु-पक्षी और मलमूत्र कभी सड़े ही नहीं और जैसे के तैसे पड़े रहें, तो क्या होगा? कुछ ही वर्षों में पूरी धरती मृत शरीरों और कचरे के गगनचुंबी पहाड़ों के नीचे दब जाएगी और जीवन के लिए आवश्यक सारे पोषक तत्व उन मृत शरीरों में हमेशा के लिए बंद हो जाएंगे, जिससे नए पौधे उग ही नहीं पाएंगे।

क. अपघटन (Decomposition) की जैव-रासायनिक प्रक्रिया

मिट्टी और पानी में पाए जाने वाले मृतजीवी कवक और जीवाणु प्रकृति के सबसे बड़े अपघटक (Decomposers) हैं:

अपघटन: पादपों और जंतुओं के मृत अवशेषों तथा उत्सर्जी जैविक कचरे में उपस्थित जटिल, अघुलनशील कार्बनिक पदार्थों को सूक्ष्मजीवों द्वारा सरल, घुलनशील अकार्बनिक पदार्थों (कार्बन डाइऑक्साइड, जल, नाइट्रेट्स, फास्फेट्स और ह्यूमस) में बदलने की प्रक्रिया को अपघटन कहते हैं।

• बाह्य-कोशिकीय एंजाइमों का स्राव: कवक और जीवाणु मृत कचरे पर शक्तिशाली पाचक एंजाइम छोड़ते हैं, जो सेल्यूलोज और प्रोटीन को तोड़कर तरल बना देते हैं। सूक्ष्मजीव अपनी आवश्यकतानुसार ऊर्जा सोख लेते हैं।
• ह्यूमस का निर्माण: बचा हुआ काला, भुरभुरा पदार्थ ह्यूमस (जीवांश) कहलाता है, जो मिट्टी की उर्वरता और जलधारण क्षमता को अनंत काल तक बनाए रखता है।
• खनिज चक्र का पुनः संचालन: कचरे से मुक्त हुए खनिज तत्व मिट्टी में मिल जाते हैं, जहाँ से नई उगी फसलें अपनी जड़ों द्वारा उन्हें पुनः सोख लेती हैं, और इस प्रकार प्रकृति का चक्र बिना रुके निरंतर चलता रहता है।

ख. प्रायोगिक क्रियाकलाप: दो गमलों का विज्ञान

छात्र सूक्ष्मजीवों की इस सफाई शक्ति को एक सरल प्रयोग द्वारा स्वयं देख सकते हैं:

1. दो गमले लीजिए और उन पर गमला 'क' और गमला 'ख' लिख दीजिए। दोनों को आधी मिट्टी से भरिए।
2. गमला 'क' में जैव-अपघटनीय कचरा डालिए: सब्जियों और फलों के छिलके, सूखी पत्तियां, चाय की पत्ती और गोबर।
3. गमला 'ख' में अजैव-अपघटनीय कृत्रिम कचरा डालिए: पॉलीथीन की थैलियां, कांच की टूटी चूड़ियाँ, प्लास्टिक के टुकड़े और एल्युमिनियम फॉयल।
4. दोनों गमलों पर थोड़ा पानी छिड़ककर 3 से 4 सप्ताह के लिए छोड़ दीजिए।
5. वैज्ञानिक निष्कर्ष:
   • गमला 'क' का सारा कचरा पूरी तरह सड़कर काले, भुरभुरे, गंधहीन जैविक खाद (कंपोस्ट) में बदल जाता है, क्योंकि मिट्टी के सूक्ष्मजीवों ने उसका अपघटन कर दिया।
   • गमला 'ख' की पॉलीथीन और कांच के टुकड़े जैसे के तैसे पड़े रहते हैं, उन पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता, क्योंकि सूक्ष्मजीवों के एंजाइम प्लास्टिक के कृत्रिम रासायनिक बंधों को नहीं तोड़ सकते।

3. जैवोपचार (Bioremediation): प्रदूषण से जंग

आधुनिक विज्ञान में सूक्ष्मजीवों का उपयोग मानव-निर्मित जहरीले प्रदूषण को साफ करने में किया जा रहा है:

• समुद्र में तेल रिसाव की सफाई: जब विशाल जहाजों से समुद्र में कच्चा तेल बह जाता है, तो भारतीय मूल के वैज्ञानिक आनंद मोहन चक्रवर्ती द्वारा विकसित स्यूडोमोनास पुटिडा (Pseudomonas putida) जैसे तेल खाने वाले जीवाणु (Superbug) जहरीले हाइड्रोकार्बन को खाकर पानी और $CO_2$ में बदल देते हैं।
• सीवेज शोधन संयंत्र (STP): शहरों के गंदे नाले के पानी को बड़े-बड़े हौजों में वायुजीवी जीवाणुओं से साफ कराया जाता है, जिससे सारा मल-मूत्र पच जाता है और साफ पानी गंगा नदी में छोड़ा जाता है।

प्रस्तावना: सूक्ष्मजीवों का संक्रामक और विध्वंसक रूप

जहाँ खरबों सूक्ष्मजीव जीवन की रक्षा और पोषण में जुटे हैं, वहीं सूक्ष्मजीवों का एक वर्ग ऐसा भी है जो पौधों, जंतुओं और मनुष्यों में भयानक तबाही मचाता है। ये सूक्ष्मजीव हमारे शरीर में घुसकर स्वस्थ कोशिकाओं को नष्ट करते हैं, जहरीले पदार्थ छोड़ते हैं और महामारियों को जन्म देते हैं। विज्ञान में रोग उत्पन्न करने वाले ऐसे हानिकारक सूक्ष्मजीवों को रोगाणु (Pathogens) कहा जाता है। अपने स्वास्थ्य की रक्षा करने और संक्रामक बीमारियों से बचने के लिए छात्रों को यह समझना अनिवार्य है कि रोगाणु किस प्रकार फैलते हैं और उनके नियंत्रण के क्या वैज्ञानिक उपाय हैं।

1. रोगाणु और संचरणीय रोग (Communicable Diseases)

रोगाणु हमारे शरीर में सांस लेने वाली हवा, पीने के पानी, भोजन, शारीरिक संपर्क अथवा कीटों द्वारा पहुँचते हैं।

संचरणीय रोग: सूक्ष्मजीवों द्वारा होने वाले वे संक्रामक रोग जो एक संक्रमित (बीमार) व्यक्ति से किसी स्वस्थ व्यक्ति में हवा, जल, भोजन, शारीरिक संपर्क अथवा रोगवाहकों द्वारा फैलते हैं, संचरणीय रोग कहलाते हैं।

क. संचरणीय रोगों के फैलने के मुख्य माध्यम

1. वायु द्वारा (Airborne Droplets): जब जुकाम, फ्लू या टीबी का रोगी छींकता या खांसता है, तो उसके मुँह और नाक से पानी की लाखों अत्यंत सूक्ष्म बूँदें हवा में बिखर जाती हैं, जिनमें लाखों रोगाणु होते हैं। जब पास खड़ा कोई स्वस्थ व्यक्ति सांस लेता है, तो ये रोगाणु उसके फेफड़ों में पहुँचकर उसे बीमार कर देते हैं।
2. दूषित जल एवं भोजन द्वारा: जब पीने के पानी के स्रोत या खुले में रखे भोजन में मल-मूत्र या मक्खियों द्वारा रोगाणु मिल जाते हैं, तो उसे ग्रहण करने से हैजा, टाइफाइड और पीलिया जैसे घातक रोग हो जाते हैं।
3. प्रत्यक्ष शारीरिक संपर्क द्वारा: दाद (कवक संक्रमण) या चेचक के रोगी के कपड़े, तौलिया या बिस्तर का उपयोग करने से बीमारी स्वस्थ व्यक्ति में फैल जाती है।
4. रोगवाहकों (Vectors) द्वारा: कुछ कीट और जंतु रोगाणुओं को एक जगह से दूसरी जगह ढोने वाले जीवित साधन का काम करते हैं।

2. प्रमुख रोगवाहक: मक्खी और मच्छर

भारत जैसे उष्णकटिबंधीय देश में दो कीट संक्रामक रोगों को फैलाने में सबसे बड़े अपराधी हैं:

क. घरेलू मक्खी (Musca domestica): गंदगी की यांत्रिक वाहक

घरेलू मक्खी कूड़े-कचरे, सड़ी-गली वस्तुओं और मानव मल पर बैठती है। इन गंदी जगहों पर मौजूद हैजा और टाइफाइड के लाखों जीवाणु मक्खी के बालों वाले पैरों और मुँह पर चिपक जाते हैं। जब यही गंदी मक्खी हमारे बिना ढँके रखे भोजन, कटी हुई मिठाइयों या फलों पर बैठती है, तो वह उन रोगाणुओं को भोजन पर छोड़ देती है। जो भी व्यक्ति इस दूषित भोजन को खाता है, वह हैजा और पेचिश का शिकार हो जाता है। अतः स्वास्थ्य का मूल मंत्र है: भोजन को हमेशा ढँककर रखें और खुले में बिकने वाली बासी चीजें कभी न खाएं!

ख. मच्छर: विशिष्ट जैविक वाहक

मच्छर केवल गंदगी नहीं ढोते, बल्कि वे रोगाणु के जीवन-चक्र के अनिवार्य जैविक पोषक होते हैं:

• मादा एनोफिलीज मच्छर (Female Anopheles): यह मलेरिया फैलाने वाले प्रोटोजोआ परजीवी यानी प्लाज्मोडियम (Plasmodium) की वाहक है। मादा मच्छर अपने अंडों के पोषण के लिए मानव रक्त चूसती है। जब वह किसी मलेरिया रोगी को काटती है, तो प्लाज्मोडियम उसके पेट में चला जाता है और उसकी लार ग्रंथियों में जमा हो जाता है। जब वह किसी स्वस्थ व्यक्ति को काटती है, तो लार के साथ परजीवी उसके खून में छोड़ देती है।
• मादा एडीज मच्छर (Female Aedes): इसके शरीर और पैरों पर चीते जैसी काली-सफेद धारियाँ होती हैं (टाइगर मच्छर)। यह डेंगू और चिकनगुनिया के विषाणुओं की वाहक है। यह मच्छर दिन के समय काटता है।
• रोकथाम का अचूक नियम: सभी मच्छर ठहरे हुए (स्थिर) साफ या गंदे पानी में ही अंडे देते हैं। अतः अपने घरों के आसपास, कूलर, पुराने टायरों, टूटे बर्तनों और फूलदानों में कहीं भी पानी जमा न होने दें। नालियों में मिट्टी का तेल या कीटनाशक डालें ताकि मच्छरों के लार्वा सांस न ले सकें और मर जाएं।

3. मानव में होने वाले प्रमुख संचरणीय रोगों की मास्टर तालिका

4. जंतुओं और पौधों में होने वाले रोग

• एंथ्रेक्स (Anthrax): मवेशियों (गाय, भैंस, भेड़) और मनुष्यों में होने वाला एक अत्यंत घातक जीवाणु जनित रोग, जो बैसिलस एंथ्रेसिस (Bacillus anthracis) द्वारा होता है। 1876 में जर्मन वैज्ञानिक रॉबर्ट कोच (Robert Koch) ने एंथ्रेक्स के जीवाणु की खोज कर यह प्रमाणित किया था कि विशेष सूक्ष्मजीव ही विशेष संक्रामक रोग पैदा करते हैं।
• पौधों के सूक्ष्मजीवी रोग:
  • नींबू का कैंकर (Citrus Canker): जीवाणु जनित रोग (वायु द्वारा फैलता है); पत्तियों, टहनियों और नींबू के फलों पर उभरे हुए खुरदरे भूरे घाव बन जाते हैं।
  • गेहूँ की रतुआ (Rust of Wheat): कवक जनित रोग (वायु और संक्रमित बीजों द्वारा फैलता है); गेहूँ की पत्तियों और तनों पर लोहे के जंग जैसे लाल-भूरे रंग के फफूंदीय धब्बे उभर आते हैं।
  • भिंडी का पीत शिरा मोज़ेक: विषाणु जनित रोग (सफेद मक्खी कीट द्वारा फैलता है); भिंडी की पत्तियाँ पीली पड़ जाती हैं और फसल नष्ट हो जाती है।

प्रस्तावना: भोजन की बर्बादी और संरक्षण का विज्ञान

भोजन मानव शरीर का ईंधन है। किन्तु पका हुआ भोजन, दूध, ताजे फल, सब्जियाँ और मांस केवल हमारे लिए ही नहीं, बल्कि सूक्ष्मजीवों के लिए भी पोषक तत्वों की खुली दावत होते हैं। यदि भोजन को नमी और सामान्य तापमान पर खुला छोड़ दिया जाए, तो उसमें जीवाणु और फफूंद बिजली की गति से पनपते हैं। वे भोजन में दुर्गंध पैदा करते हैं, स्वाद खट्टा कर देते हैं और ऐसे खतरनाक जहर छोड़ते हैं जो जानलेवा साबित हो सकते हैं। इस अध्याय में हम खाद्य विषाक्तन, भोजन को सुरक्षित रखने की विभिन्न वैज्ञानिक तकनीकों तथा पूरी पृथ्वी पर नाइट्रोजन के चक्रीय प्रवाह का समग्र अध्ययन करेंगे।

1. खाद्य विषाक्तन (Food Poisoning) क्या है?

जब सूक्ष्मजीवों द्वारा संदूषित (खराब) किए गए भोजन को खा लिया जाता है, तो उसे खाद्य विषाक्तन कहते हैं। सूक्ष्मजीव भोजन में वृद्धि करते समय उसमें विषैले पदार्थ (Toxins) उत्पन्न कर देते हैं।

• लक्षण: विषाक्त भोजन खाने के कुछ ही घंटों के भीतर पेट में असहनीय ऐंठन और दर्द, लगातार उल्टियाँ, पानी जैसा पतला दस्त, सिरदर्द, बुखार और शरीर में पानी की भारी कमी (निर्जलीकरण - Dehydration) हो जाती है। समय पर इलाज न मिलने पर रोगी की मृत्यु भी हो सकती है।
• प्रमुख विषाक्त कारक:
  • क्लॉस्ट्रिडियम बॉटुलीनम (Clostridium botulinum): बंद डिब्बों (Canned Food) में हवा की अनुपस्थिति में पनपने वाला जीवाणु, जो दुनिया का सबसे खतरनाक तंत्रिका विष 'बॉटुलिनम' छोड़ता है।
  • साल्मोनेला (Salmonella): बासी अंडे, मुर्गे के कच्चे मांस और दूषित दूध में पनपता है।
  • एस्परजिलस (Aspergillus): नम मूँगफली और अनाज पर उगने वाली फफूंद जो 'एफ्लाटॉक्सिन' नामक जानलेवा कैंसरकारी जहर छोड़ती है।

2. खाद्य परिरक्षण (Food Preservation) की प्रमुख वैज्ञानिक विधियाँ

भोजन को सूक्ष्मजीवों के आक्रमण, सड़न और विषैलेपन से बचाकर लंबे समय तक उसके स्वाद, रंग और पोषक तत्वों को सुरक्षित रखने की कला को खाद्य परिरक्षण कहते हैं। इसकी मुख्य विधियाँ निम्नलिखित हैं:

क. रासायनिक परिरक्षक (Chemical Preservatives)

भोजन में कुछ सुरक्षित रासायनिक लवण मिलाए जाते हैं जो सूक्ष्मजीवों की वृद्धि और उनके एंजाइमों को निष्क्रिय कर देते हैं। सबसे प्रमुख व्यावसायिक परिरक्षक सोडियम बेंजोएट (Sodium Benzoate) तथा सोडियम मेटाबाइसल्फाइट (Sodium Metabisulphite) हैं। इनका उपयोग फलों के जैम, जेली, स्क्वैश (शर्बत) और टमाटर केचप को महीनों तक सुरक्षित रखने के लिए किया जाता है।

ख. नमक द्वारा परिरक्षण (Preservation by Common Salt)

कच्चे मांस, मछली, आंवला, कच्चे आम और इमली को सुरक्षित रखने के लिए नमक का उपयोग प्राचीन काल से हो रहा है:

वैज्ञानिक सिद्धांत - परासरण और जीवद्रव्यकुंचन (Plasmolysis): जब भोजन पर अधिक मात्रा में नमक लगाया जाता है, तो बाहर एक उच्च सांद्रता वाला (अतिपरासारी) घोल बन जाता है। भौतिकी के परासरण (Osmosis) के नियम के अनुसार जीवाणु की कोशिका के भीतर का सारा पानी खिंचकर बाहर निकल जाता है। पानी निकलते ही जीवाणु का कोशिका द्रव्य सिकुड़ जाता है (जीवद्रव्यकुंचन)। पानी के बिना जीवाणु का उपापचय ठप हो जाता है और वह मर जाता है।

ग. चीनी द्वारा परिरक्षण (Preservation by Sugar)

जैम, जेली और मुरब्बे में चीनी की अत्यधिक सांद्रता (65% से 70%) मिलाई जाती है। चीनी भी नमक की तरह परासरण द्वारा नमी को सोख लेती है और भोजन में जल की उपलब्धता को इतना कम कर देती है कि जीवाणु और कवक उसमें पनप ही नहीं पाते।

घ. तेल एवं सिरके द्वारा परिरक्षण (Oil and Vinegar)

घरों में आम, नीबू और मिर्च के अचार (Pickles) को तेल और सिरके में डुबोकर रखा जाता है:

• तेल की परत: अचार के ऊपर तैरता हुआ तेल हवा की ऑक्सीजन को अंदर जाने से रोक देता है। ऑक्सीजन न मिलने से हवा में उड़ने वाले फफूंद के बीजाणु अंकुरित नहीं हो पाते।
• सिरका (एसिटिक अम्ल): सिरका माध्यम को अत्यधिक अम्लीय बना देता है। अधिकांश हानिकारक जीवाणु अम्लीय वातावरण में जीवित नहीं रह सकते।

ङ. गर्म एवं ठंडा करना (Heat and Cold Treatments)

• उबालना: दूध या पानी को $100^\circ\text{C}$ पर उबालने से उसमें मौजूद लगभग सभी सक्रिय जीवाणु मर जाते हैं।
• प्रशीतन (Refrigeration): भोजन को फ्रिज ($4^\circ\text{C}$) या डीप फ्रीजर में रखने से सूक्ष्मजीव मरते तो नहीं हैं, किन्तु ठंड के कारण उनके एंजाइम जम जाते हैं और उनकी वृद्धि पूरी तरह रुक जाती है।
• पाश्चुरीकरण (Pasteurization): लुई पाश्चर द्वारा खोजी गई यह तकनीक थैलियों में बिकने वाले डेयरी दूध के लिए प्रयोग की जाती है:

  पाश्चुरीकरण की विधि: दूध को लगभग $70^\circ\text{C}$ तापमान पर 15 से 30 सेकंड के लिए गर्म किया जाता है, और फिर अचानक तेजी से $10^\circ\text{C}$ से नीचे ठंडा करके थैलियों में पैक कर दिया जाता है।

  इस अचानक होने वाले तापीय झटके (Thermal Shock) से दूध के सभी रोगजनक जीवाणु मर जाते हैं और दूध का स्वाद व विटामिन भी नष्ट नहीं होते। पाश्चुरीकृत दूध पूरी तरह रोगाणुमुक्त होता है और इसे बिना उबाले भी सीधे पिया जा सकता है।

च. वायुरुद्ध पैकिंग एवं नाइट्रोजन गैस (Storage & Packing)

काजू, बादाम और आलू के चिप्स के पैकेटों में से हवा निकालकर उसमें अक्रिय नाइट्रोजन गैस ($N_2$) भर दी जाती है। ऑक्सीजन न होने के कारण चिप्स की वसा का उपचयन (विकृतगंधिता - Rancidity) नहीं होता और कोई फफूंद नहीं लगती।

3. वैश्विक नाइट्रोजन चक्र (The Nitrogen Cycle)

हमारे वायुमंडल में 78% नाइट्रोजन गैस है। खरबों सजीवों द्वारा लगातार उपयोग किए जाने के बावजूद वायुमंडल में नाइट्रोजन की यह मात्रा हमेशा स्थिर बनी रहती है। इस संतुलन को बनाए रखने वाली चक्रीय प्रक्रिया को नाइट्रोजन चक्र कहते हैं।

नाइट्रोजन चक्र के पाँच परस्पर जुड़े चरण

1. 1. नाइट्रोजन स्थिरीकरण (Nitrogen Fixation): हवा की अक्रिय नाइट्रोजन गैस ($N_2$) का घुलनशील नाइट्रेट्स में बदलना:
   • जैविक स्थिरीकरण: दलहनी पौधों की जड़ों में राइजोबियम जीवाणु तथा मिट्टी में नील-हरित शैवाल द्वारा।
   • भौतिक/वायुमंडलीय स्थिरीकरण: आकाशीय बिजली चमकने (तड़ित) से हवा की नाइट्रोजन और ऑक्सीजन मिलकर नाइट्रिक अम्ल बनाती हैं, जो वर्षा के साथ गिरकर मिट्टी में नाइट्रेट्स ($NO_3^-$) बनाता है।
2. 2. नाइट्रोजन स्वांगीकरण (Nitrogen Assimilation): पौधे मिट्टी के जल में घुले नाइट्रेट्स को जड़ों द्वारा सोखकर अपने पादप प्रोटीन और न्यूक्लिक अम्ल बनाते हैं। जब शाकाहारी जंतु इन पौधों को खाते हैं, तो यह नाइट्रोजन जंतु प्रोटीन में बदल जाती है।
3. 3. अमोनीकरण (Ammonification): जब पौधे और जंतु मर जाते हैं तथा उनके मलमूत्र का मिट्टी के अपघटक जीवाणुओं और कवकों द्वारा अपघटन होता है, तो जटिल प्रोटीन टूटकर अमोनिया ($NH_3$) में बदल जाती है।
4. 4. नाइट्रीकरण (Nitrification): मिट्टी में मौजूद नाइट्रोसोमोनास (Nitrosomonas) जीवाणु अमोनिया को नाइट्राइट ($NO_2^-$) में बदलते हैं, और फिर नाइट्रोबैक्टर (Nitrobacter) जीवाणु इसे पुनः नाइट्रेट्स ($NO_3^-$) में बदल देते हैं, जिसे पौधे दोबारा सोख सकते हैं।
5. 5. विनाइट्रीकरण (Denitrification): मिट्टी में कुछ विशेष अवायवीय जीवाणु होते हैं, विशेषकर स्यूडोमोनास (Pseudomonas)। ये जीवाणु मिट्टी के नाइट्रेट्स को तोड़कर वापस शुद्ध नाइट्रोजन गैस ($N_2$) में बदल देते हैं। यह नाइट्रोजन गैस मिट्टी से उड़कर वापस वायुमंडल में चली जाती है, जिससे वायुमंडल में 78% नाइट्रोजन का अनुपात सदा स्थिर बना रहता है।