बैक्टीरिया क्या हैं?
बैक्टीरिया (जीवाणु) ऐसे जीव हैं जो सिर्फ़ एक कोशिका से बने हैं। ये प्रोकैरियोट हैं: इनकी कोशिका में केंद्रक नहीं होता। ज़्यादातर 1 से 5 माइक्रोमीटर (µm) लंबे होते हैं; 1 µm मिलीमीटर का हज़ारवाँ भाग है, इसलिए इन्हें देखने के लिए सूक्ष्मदर्शी चाहिए।
बैक्टीरिया लगभग हर जगह हैं: मिट्टी, पानी, हवा, गर्म झरने, और हमारे शरीर के अंदर-बाहर। एक चम्मच मिट्टी में अरबों हो सकते हैं।
आकार
- कोकस (गोल): जैसे माला में स्ट्रेप्टोकोकस, गुच्छों में स्टैफ़िलोकोकस।
- बैसिलस (छड़): जैसे लैक्टोबैसिलस, ई. कोलाई।
- स्पिरिलम (सर्पिल, कॉर्कस्क्रू जैसा)।
- विब्रियो (कॉमा): जैसे विब्रियो कॉलेरी।
बैक्टीरिया कोशिका की संरचना
- कोशिका भित्ति: पेप्टिडोग्लाइकन की मज़बूत परत जो आकार बनाए रखती है और कोशिका को फटने से बचाती है।
- कैप्सूल (कुछ में): चिपचिपी बाहरी परत जो सूखने और हमारी श्वेत रक्त कोशिकाओं से बचाती है।
- कोशिका झिल्ली: क्या अंदर-बाहर जाए यह तय करती है; माइटोकॉन्ड्रिया नहीं हैं, इसलिए श्वसन के एंज़ाइम यहीं होते हैं।
- कोशिकाद्रव्य में 70S राइबोसोम (हमारे से छोटे) जो प्रोटीन बनाते हैं।
- न्यूक्लिऑइड: DNA का एक गोल गुणसूत्र, किसी झिल्ली के अंदर नहीं।
- प्लाज़्मिड: छोटे अतिरिक्त DNA छल्ले, अक्सर एंटीबायोटिक प्रतिरोध के जीन वाले।
- कशाभ (flagellum): लंबी पूँछ जो पंखे की तरह घूमती है। पिलि: छोटे बाल, सतह से चिपकने और दूसरे बैक्टीरिया से जुड़ने के लिए।
ग्राम-धनात्मक और ग्राम-ऋणात्मक
एक बैंगनी रंजक (ग्राम अभिरंजन) बैक्टीरिया को छाँटता है। ग्राम-धनात्मक की भित्ति मोटी होती है और वे बैंगनी रहते हैं। ग्राम-ऋणात्मक की भित्ति पतली और ऊपर एक बाहरी झिल्ली होती है, वे गुलाबी दिखते हैं। इससे डॉक्टर दवा चुनते हैं।
जनन और क्षैतिज जीन स्थानांतरण
द्विखंडन
बैक्टीरिया अपना DNA लूप कॉपी करता है, लंबा होता है, और बीच में नई भित्ति बनती है। यह दो एक जैसी संतति कोशिकाओं में बँट जाता है। अच्छी परिस्थिति में इसमें लगभग 20 मिनट लगते हैं, इसलिए संख्या बहुत तेज़ी से बढ़ती है: n पीढ़ियों बाद 1 कोशिका से 2ⁿ कोशिकाएँ।
अंतःबीजाणु (endospore)
भोजन या पानी ख़त्म होने पर कुछ बैक्टीरिया (जैसे बैसिलस, क्लॉस्ट्रिडियम) मज़बूत अंतःबीजाणु बनाते हैं जो उबालने और सूखने को झेल लेता है, फिर बाद में दोबारा बढ़ता है।
क्षैतिज जीन स्थानांतरण
बैक्टीरिया सिर्फ़ जनक कोशिका से नहीं, दूसरे बैक्टीरिया से भी नए जीन ले सकते हैं:
- संयुग्मन: एक पिलस दो कोशिकाओं को जोड़ता है और प्लाज़्मिड की कॉपी पार जाती है।
- रूपांतरण: बैक्टीरिया मरी कोशिका का खुला DNA उठा लेता है।
- पारक्रमण: बैक्टीरिया को संक्रमित करने वाला वायरस DNA का टुकड़ा एक कोशिका से दूसरी तक ले जाता है।
इसीलिए एंटीबायोटिक प्रतिरोध इतनी जल्दी फैलता है।
बैक्टीरिया भोजन और ऊर्जा कैसे लेते हैं (उपापचय)
- प्रकाश-संश्लेषी (प्रकाश से स्वपोषी): सायनोबैक्टीरिया भोजन बनाकर ऑक्सीजन छोड़ते हैं।
- रसायन-संश्लेषी (रसायनों से स्वपोषी): नाइट्रीकारी बैक्टीरिया अमोनिया को नाइट्राइट और नाइट्रेट में बदलकर ऊर्जा लेते हैं।
- मृतजीवी (अपघटक): मरे पदार्थ खाकर पोषक तत्व लौटाते हैं।
- सहजीवी: साझेदारी में रहते हैं। फलीदार पौधों की जड़ ग्रंथियों में राइज़ोबियम नाइट्रोजन स्थिर करता है; आँत के बैक्टीरिया पाचन में मदद करते हैं और विटामिन K बनाते हैं।
- परजीवी: जीवित पोषक से भोजन लेते हैं और रोग फैला सकते हैं।
ऑक्सीजन के साथ या बिना
वायवीय बैक्टीरिया को ऑक्सीजन चाहिए। अवायवीय बैक्टीरिया उसके बिना जीते हैं (कुछ तो उससे मर जाते हैं) और अक्सर शर्करा का किण्वन करके लैक्टिक अम्ल जैसी चीज़ें बनाते हैं।
जैव-भू-रासायनिक चक्रों में भूमिका
बैक्टीरिया नाइट्रोजन चक्र (N₂ स्थिरीकरण, नाइट्रीकरण, विनाइट्रीकरण से फिर N₂) और कार्बन चक्र (अपघटक CO₂ छोड़ते हैं; सायनोबैक्टीरिया उसे लेते हैं) की कुंजी हैं।
उपयोगी और हानिकारक बैक्टीरिया
उपयोगी
- भोजन: दही, पनीर-चीज़, सिरका, इडली-डोसा का घोल।
- खेती: नाइट्रोजन स्थिरीकरण, कम्पोस्ट, बायोगैस।
- दवा और उद्योग: स्ट्रेप्टोमाइसिन जैसे एंटीबायोटिक, आनुवंशिक रूप से बदले ई. कोलाई से बना इंसुलिन, सीवेज उपचार।
हानिकारक
- मनुष्य के रोग: टीबी, हैज़ा, टाइफ़ाइड, टिटनेस, निमोनिया।
- पौधों के रोग जैसे नींबू का कैंकर; भोजन का ख़राब होना और फ़ूड पॉइज़निंग।
एंटीबायोटिक बैक्टीरिया को मारते हैं या बढ़ने से रोकते हैं (जैसे उनकी भित्ति या 70S राइबोसोम को रोककर)। ये वायरस पर काम नहीं करते। ग़लत इस्तेमाल से प्रतिरोधी बैक्टीरिया बचकर फैलते हैं।
करके देखिए
थोड़े गुनगुने दूध में एक चम्मच दही मिलाकर रात भर गर्म जगह रखिए। सुबह दही जम जाएगा: अरबों लैक्टोबैसिलस ने लैक्टिक अम्ल बनाया। 3D में स्लाइडर से देखिए कि 1 कोशिका कितनी जल्दी 1,024 बनती है।
बैक्टीरिया और आर्किया: दो अलग डोमेन
वैज्ञानिक सारे जीवन को तीन डोमेन में बाँटते हैं: बैक्टीरिया, आर्किया और यूकैरिया। आर्किया भी प्रोकैरियोट हैं और सूक्ष्मदर्शी में बैक्टीरिया जैसे दिखते हैं, पर उनका रसायन अलग है।
| लक्षण | बैक्टीरिया | आर्किया | यूकैरिया |
|---|---|---|---|
| केंद्रक | नहीं | नहीं | हाँ |
| भित्ति में पेप्टिडोग्लाइकन | हाँ | नहीं | नहीं |
| झिल्ली के लिपिड | एस्टर-बंध | ईथर-बंध (बहुत स्थिर) | एस्टर-बंध |
| राइबोसोम | 70S | 70S (पर प्रोटीन यूकैरियोट जैसे) | 80S |
| आम घर | हर जगह | गर्म झरने, खारी झीलें, जानवरों की आँत (मीथेन बनाने वाले) | पौधे, जानवर, कवक, प्रोटिस्ट |
आर्किया से मनुष्य में कोई रोग होना ज्ञात नहीं है।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- प्रोकैरियोट: केंद्रक नहीं, झिल्ली से घिरे अंगक नहीं
- n पीढ़ियों बाद संख्या = 2ⁿ × शुरुआती संख्या
- आकार: कोकस, बैसिलस, स्पिरिलम, विब्रियो
- जीन स्थानांतरण: संयुग्मन, रूपांतरण, पारक्रमण
- बैक्टीरिया की भित्ति: पेप्टिडोग्लाइकन; आर्किया: पेप्टिडोग्लाइकन नहीं
- राइबोसोम: प्रोकैरियोट 70S, यूकैरियोट 80S
हल किए गए उदाहरण
1. एक बैक्टीरिया हर 20 मिनट में बँटता है। 2 घंटे बाद एक कोशिका से कितने बैक्टीरिया बनेंगे?
2 घंटे = 120 मिनट = 6 पीढ़ियाँ। 2⁶ = 64 बैक्टीरिया।
2. एक कोशिका में भित्ति, राइबोसोम और DNA है, पर केंद्रक और माइटोकॉन्ड्रिया नहीं। यह पादप कोशिका है या बैक्टीरिया? क्यों?
बैक्टीरिया। पादप कोशिका में भी भित्ति होती है, पर उसमें केंद्रक और माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं। केंद्रक नहीं, यानी प्रोकैरियोट।
3. कम नाइट्रोजन खाद वाली मिट्टी में भी मटर अच्छी क्यों उगती है?
इसकी जड़ ग्रंथियों में राइज़ोबियम रहता है जो हवा की नाइट्रोजन को अमोनिया में बदलता है जिसे पौधा इस्तेमाल करता है। बदले में पौधा उसे शर्करा देता है। यह सहजीविता है।
4. एक मरीज़ दो दिन बाद एंटीबायोटिक बंद कर देता है। समझाइए प्रतिरोधी बैक्टीरिया क्यों बढ़ सकते हैं।
दवा पहले कमज़ोर बैक्टीरिया मारती है। जल्दी बंद करने पर सबसे मज़बूत बचे रहते हैं; वे द्विखंडन से बढ़ते हैं और संयुग्मन से प्रतिरोध वाले प्लाज़्मिड दूसरों को दे सकते हैं।
आम गलतियाँ
- सभी बैक्टीरिया को हानिकारक कहना। ज़्यादातर हानिरहित या उपयोगी हैं; बस कुछ ही रोग फैलाते हैं।
- कहना कि बैक्टीरिया में केंद्रक होता है। इनका DNA कोशिकाद्रव्य के न्यूक्लिऑइड भाग में खुला रहता है।
- सोचना कि एंटीबायोटिक वायरल बुख़ार या ज़ुकाम ठीक करते हैं। एंटीबायोटिक बैक्टीरिया के भागों (भित्ति, 70S राइबोसोम) पर काम करते हैं जो वायरस में नहीं होते।
- आर्किया को बैक्टीरिया का ही एक प्रकार मानना। ये अलग डोमेन हैं, इनकी भित्ति और झिल्ली का रसायन अलग है।