દબાણ (જૈવિક અસરો)

દબાણ (જૈવિક અસરો) : એકમ ક્ષેત્રફળ પર લંબ રૂપે લાગતું બળ. સૂર્યનું આંતરિક દબાણ 3 × 10¹⁷ ડાઈન્સ/સેમી.² હોય છે. અંતરા-તારાકીય અવકાશ (interstellar space)માં દબાણ શૂન્ય જેટલું હોય છે. દરિયાની સપાટીએ ભૌમિક સજીવોને એક વાતાવરણદાબ (1.0335 કિગ્રા./ચોસેમી.) દબાણ લાગુ પડે છે. જેમ ઊંચાઈ વધે તેમ વાતાવરણનું દબાણ ઘટે છે. પૃથ્વીના દરિયાની સપાટીથી સૌથી ઊંચા (8,824 મી.) એવરેસ્ટ શિખર પર 0.3515 કિગ્રા./ચોસેમી. કરતાં ઓછું દબાણ હોય છે. અપવાદ રૂપે કેટલાક સૂક્ષ્મ સજીવો અને કીટકોને બાદ કરતાં આ ઊંચાઈએ કોઈ સજીવ હોતાં નથી. પાણી હવા કરતાં 773ગણું વધારે ઘટ્ટ હોવાથી જલીય સજીવોને ભૌમિક સજીવો કરતાં વધારે ઉચ્ચ દબાણ સહન કરવું પડે છે. પાણીની દર 10 મી.ની ઊંડાઈએ એક વાતાવરણદાબનો વધારો થતો હોય છે. સૌથી ઊંડી (11,000 મી.) દરિયાઈ ખાઈમાં દર ચોસેમી.એ 1124.9 કિગ્રા. કરતાં વધારે દબાણ હોવા છતાં ત્યાં વૈવિધ્યપૂર્ણ સજીવો વસે છે.

જૈવિક અસરો : જીવાણુઓની ઘણી જાતિઓ 200–300 જેટલા વાતાવરણદાબમાં પણ થઈ શકે છે. જોકે વધારે ઉચ્ચ દબાણે સામાન્ય રીતે વૃદ્ધિ અવરોધાય છે, જે પ્રજનનના દર દ્વારા માપવામાં આવે છે. દરિયાની ખૂબ ઊંડાઈએથી (1,000 વાતાવરણદાબ કરતાં વધારે) પ્રાપ્ત કરેલાં જીવાણુઓનું ઓછા દબાણે વધારે સારી રીતે સંવર્ધન થઈ શકે છે; છતાં તેમને તેટલું જ ઊંચું દબાણ આપી ઉછેરવાના પ્રયાસો હજુ નિષ્ફળ ગયા છે. આમ થવાનાં કારણો વિશે હજુ ચોક્કસપણે જાણી શકાયું નથી.

300–400 વાતાવરણદાબ કરતાં વધારે ઊંચા દબાણે કોષમાં લાંબા તંતુઓનું નિર્માણ થાય છે અને કોષદીવાલ વધારે જાડી બને છે. દાબ-સહ્યતા(pressure tolerance)ની ન્યૂનતમ મર્યાદાએ કેટલાક જીવાણુઓ ફૂલે છે અથવા બેડોળ આકાર ધારણ કરે છે. Escherichia coli નામના જીવાણુમાં સામાન્ય દબાણ કરતાં ઊંચા દબાણે આનુવંશિક દ્રાવ્ય ડીઑક્સિરિબો ન્યૂક્લિઈક ઍસિડ (DNA)ના જથ્થામાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. ઊંચા દબાણે DNAના જથ્થામાં થયેલો આ ઘટાડો કોષવિભાજનની પ્રક્રિયાના અવરોધ સાથે સંબંધિત હોવો જોઈએ.

સૂક્ષ્મજીવોની ઊંચા દબાણે અસ્તિત્વ ટકાવી રાખવાની ક્ષમતા માત્ર દબાણ પર જ નહિ, પરંતુ દબાણની અવધિ અને જે તાપમાને તે થાય છે તેના પર અવલંબિત છે. સામાન્ય રીતે લાંબા કોષોને વધારે ઉચ્ચ દબાણ આપતાં તેની રચના અને અસ્તિત્વ પર વધારે અસર થાય છે. લાંબી અવધિ માટેના વધારે ઉચ્ચ દબાણ દ્વારા થતી હાનિકારક અસરોમાં એક વાતાવરણદાબ જેટલા દબાણે સામાન્ય વૃદ્ધિ માટે જરૂરી તાપમાન કરતાં ઊંચું કે નીચું તાપમાન આપતાં ફેરફાર થાય છે. તે જ પ્રમાણે ઊંચા દબાણ સાથે ઊંચું તાપમાન આપતાં કોષનું મૃત્યુ અવરોધાય છે. ચયાપચય દરમિયાન સલ્ફેટનું હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડમાં અપચયન (reduction) કરતાં જીવાણુઓની કેટલીક જાતિઓ સૌથી ઉચ્ચ દબાણે અને તાપમાને જીવી શકે છે. આ જીવાણુઓ 1,000 વાતાવરણદાબ જેટલા દબાણે અને 104° સે. તાપમાને કેટલાક દિવસો સુધી અસ્તિત્વ જાળવે છે.

વધારે ઉચ્ચ દબાણ કોષની મહત્વની રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પર અસર કરે છે. જૈવ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ માટે અનિવાર્ય એવા ઉત્સેચકો (જૈવિક ઉદ્દીપકો) સહિતના કોષીય પ્રોટીનના બંધારણ પર પણ તે અસર કરે છે. રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પર દબાણની અસરોનું વિશ્લેષણ આરેનિયસના સિદ્ધાંત પરથી તારવી શકાય છે. તેમના સિદ્ધાંત પ્રમાણે, રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં પ્રવેશે તે પહેંલાં પ્રક્રિયકના અણુઓને નિયત જથ્થામાં ઊર્જા મળવી જરૂરી હોય છે. તેને ઉત્તેજન ઊર્જા (activation energy) કહે છે. ઊંચા તાપમાને ઉત્તેજન ઊર્જા વધારે ઉત્પન્ન થાય છે; તેથી રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો દર વધે છે. આ સિદ્ધાંતને રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન આણ્વિક કદમાં થતા ફેરફારને લાગુ પાડવામાં આવે તો રાસાયણિક પ્રક્રિયા થઈ શકે તે માટે  ઉત્તેજના અવસ્થાએ પહોંચવા રાસાયણિક પ્રક્રિયકોના અણુઓના કદમાં જરૂરી ફેરફાર જાણવો આવશ્યક છે. સામાન્ય દબાણે રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન કદમાં થતો ફેરફાર ઓછો હોવાથી તેનું મહત્વ ઓછું છે, પરંતુ ઊંચા દબાણે જૈવ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પર થતી અસરોનું અર્થઘટન કરવા માટે કદમાં થતા ફેરફારો અગત્યના છે.

જૈવ રાસાયણિક પ્રક્રિયાનો દર દબાણ વધારતાં કદમાં થતા ફેરફારોને અનુલક્ષીને કાં તો વધે છે અથવા ઘટે છે; દા. ત., એક પ્રક્રિયામાં દબાણ વધારતાં પ્રક્રિયકોનું કદ વધતાં તેનો દર ઘટે છે, જ્યારે બીજી પ્રક્રિયામાં દબાણ વધારતાં પ્રક્રિયકોનું કદ ઘટતાં તેનો દર વધે છે. મોટા ભાગની રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓમાં ઊંચા દબાણે કદ વધતું હોવાથી તેનો દર ઘટે છે, જેથી ઊંચા દબાણે કોષમાં હાનિકારક અસરો થતી જોવા મળે છે.

પ્લવકો (planktons) પર દબાણની અસરો : દરિયામાં સૂક્ષ્મ જીવોના વિતરણ પર ઊંચા દબાણ ઉપરાંત, દરિયાની ઊંડાઈએ નીચું તાપમાન, પ્રકાશનો અભાવ અને ખોરાકની અછત જેવાં પરિબળો અસર કરે છે. તેને પરિણામે મોટા ભાગનું દરિયાઈ જીવન દરિયાની સપાટીએથી 50–100 મી.ની ઊંડાઈ સુધી જ જોવા મળે છે. સપાટીની નજીક પણ ઊંડાઈના મુખ્ય દર્શક તરીકે દબાણ મહત્વનું હોય છે. મોટા ભાગના પ્લવકો મહાસાગરના છીછરા વિસ્તારમાં જોવા મળે છે. પાણી જેટલું વજન ધરાવતી કેટલીક જાતિઓ પાણીને હડસેલી આ સાંકડા વિસ્તારમાં તરે છે. અપૃષ્ઠવંશી પ્લવકની ઘણી જાતિઓ પાણીના દબાણમાં થતા સૂક્ષ્મ ફેરફારો સામે સંવેદી હોય છે. તે માટે તે વિશિષ્ટ પ્રકારનાં ગ્રાહી અંગ ધરાવે છે અને તેના દ્વારા પ્રાપ્ત થતી માહિતી દ્વારા દબાણના થતા ફેરફાર સામે અનુક્રિયા (response) દર્શાવે છે.

વનસ્પતિઓ પર દબાણની અસરો : પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયામાં પ્રકાશ અનિવાર્ય હોવાથી દરિયાઈ વનસ્પતિઓ સપાટીની નજીક હોય છે. જોકે ઘણીખરી વનસ્પતિઓ સક્રિયપણે પ્રચલન કરવા માટે અસમર્થ હોય છે અને ઓછી ઘનતા ધરાવતા વાયુઓનો સ્રાવ કરતી રસધાનીઓ કે વાતપુટીઓ (pneumato cysts) જેવી વિશિષ્ટ રચનાઓ દ્વારા તેમની ઉત્પ્લાવકતા (buoyancy)માં વધારો કરે છે અને સપાટીની નજીક રહે છે.

વૃક્ષોમાં ભૂમિના સમતલથી 100 મી.ની  ઊંચાઈ સુધી રસારોહણ કરવા અને જલવાહિનીમાં થતા ઘર્ષણને નિવારવા માટે –20 વાતાવરણ-દાબ જેટલો શોષણદાબ (suction pressure) જરૂરી હોય છે. બીજી વનસ્પતિઓમાં આના કરતાં પણ વધારે દાબની જરૂર પડે છે; દા. ત., ક્ષારજ ભૂમિમાં થતી દરિયાઈ વનરાજિ (mangrove) દરિયાના દબાણથી વિરુદ્ધ પાણી કોષદ્રવમાં ખેંચવા લગભગ –60 વાતાવરણદાબ જેટલા શોષણદાબનો ઉપયોગ કરે છે; જ્યારે Viscum album (વાંદો, mistletoe) જેવી પરોપજીવી વનસ્પતિમાં –10 થી –20 જેટલો વાતાવરણદાબ આવશ્યક હોય છે, જે યજમાન વનસ્પતિ કરતાં વધારે છે. ઊંચાં વૃક્ષોમાં જલવાહિનીમાં પાણીના અણુઓ વચ્ચે રહેલું સંલગ્નબળ વધારે ઊંચા ઋણદાબને જાળવે છે; જેથી પાણીના સૂક્ષ્મ સ્તંભોનું સાતત્ય જળવાય છે.

પ્રાણીઓ પર દબાણની અસરો : દરિયામાં થતાં કેટલાંક પ્રાણીઓ તેમની પેશીઓમાં ઓછી ઘનતા ધરાવતા મેદ જેવા પદાર્થોનો સંગ્રહ કરી તરવા માટે સમર્થ હોય છે. મોટા ભાગની માછલીઓ અને કેટલાંક અપૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ જોકે વાયુઓનો ઉપયોગ કરીને તરે છે. દબાણ વધતાં વાયુઓનું કદ ઘટે છે અને દબાણ ઘટતાં કદ વધે છે. તેથી વિશિષ્ટ અનુકૂલનો જરૂરી બને છે. ઉત્પ્લાવકતા જાળવી રાખવા માટે આ પ્રાણીઓએ પાણીના દબાણના ફેરફારો સાથે વાયુઓનું કદ અચળ રાખવું અવશ્યક છે. આ માટે કેટલાંક જલજ પ્રાણીઓની વિશિષ્ટ રચનાઓનો વિકાસ થાય છે.

ચપળ અને ઝડપી તરનાર અપૃષ્ઠવંશી સુફેનક (Sepia officinalis, cuttlefish)માં તેની સમગ્ર પૃષ્ઠસપાટીએ સુફેન (cuttle bone) નામનું કંકાલ હોય છે. તેની રચનામાં નાના કદનાં ઘણાં વિવર હોય છે જે કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટની ર્દઢ જાળ ધરાવતા બાહ્યકંકાલમાં પરિબદ્ધ થયેલાં હોય છે અને તેનો દેખાવ અસ્થિ જેવો બને છે. તેનાં વિવરોમાં અંશત: વાયુ (મુખ્યત્વે નાઇટ્રોજન) અને બાકીનું પ્રવાહી હોય છે. સુફેનક જરૂર પડ્યે સુફેનમાંથી પાણી બહાર કાઢી વાયુ ભરેલા વિવરનું પ્રમાણ વધારી તેની ઉત્પ્લાવક શક્તિમાં વધારો કરે છે. આ બાહ્યકંકાલ દબાણ ઘટતાં વાયુના કદને વધતું અટકાવે છે. સુફેનમાં પાણી પ્રવેશતાં અને વાયુ-વિવરોનું કદ ઘટતાં ઉત્પ્લાવક શક્તિમાં ઘટાડો થાય છે અને સુફેનક પાણીમાં ડૂબે છે. તે પાણીમાં ઊંડે ઊતરે છે તેમ પાણીનું દબાણ વધતાં પાણી સુફેનમાં પાછું જાય છે અને ઉત્પ્લાવક શક્તિમાં વધારે ઘટાડો થાય છે.

મોટા ભાગની માછલીઓમાં વાતાશય (swimbladder) તરીકે ઓળખાવાતી રચનામાં થતા વાયુના સ્રાવ દ્વારા ઉત્પ્લાવકતા જળવાય છે. વાતાશયનું વજન માછલીના કુલ વજનના 5% જેટલું હોય છે, છતાં તેને ડૂબતી અટકાવે છે. જ્યારે તે દરિયાઈ સપાટી તરફ દબાણના ઘટાડા સાથે ઉપર આવે છે ત્યારે વાતાશય ફૂલે છે. પોલીપ્ટેરસ, ડિપ્નોઈ, એમિયા અને નીચલી કક્ષાની ટીલીઓસ્ટી જેવી સમુખવાતાશયી (physostomi) માછલીઓમાં વાતાશય વાતાશયવાહિની (pneumatic duct) દ્વારા અન્નનળી સાથે જોડાયેલું હોય છે; જેથી વાયુ મુખ દ્વારા બહાર નીકળી જાય છે. દરિયાના ઊંડા પાણીમાં થતાં મોટા ભાગનાં ઉચ્ચકક્ષાનાં અસ્થિમત્સ્યમાં વાતાશયવાહિનીનો અભાવ હોવાથી વાતાશય બંધ કોથળી બની જાય છે. આવી માછલીઓને અમુખવાતાશયી (physoclisti) કહે છે. તે પુષ્કળ પ્રમાણમાં રુધિરનો પુરવઠો ધરાવતા અંડાકાર વિવર (oval chamber) દ્વારા વાયુનો નિકાલ કરે છે. આ વિવર બાકીના વાતાશયથી સ્નાયુઓના એક વલય દ્વારા જુદું પડે છે. જ્યારે આ સ્નાયુઓ વિસ્તરણ પામે ત્યારે વાતાશયમાંના વાયુઓ અંડાકાર વિવરના રુધિરમાં પ્રવેશે છે. આમ, વાતાશયનું કદ ઘટે છે.

ઊંડા પાણીમાંથી ઉત્પ્લાવકતા પુન: પ્રાપ્ત કરવા માટે વાયુના ઉમેરા સાથે વાતાશયનું કદ વધે છે. આ વાયુઓના સ્રાવ માટે માછલીમાં વાત-ગ્રંથિ (gas gland) આવેલી હોય છે; તેના દ્વારા રુધિરમાં દ્રવેલા વાયુઓનું વાતાશયમાં સ્થાનાંતરણ થાય છે. મોટા ભાગની માછલીઓ પુષ્કળ દબાણ સામે વાતાશયમાં ઑક્સિજનનું સ્થાનાંતરણ કરે છે. દરિયાઈ પાણીમાં દ્રવેલા અને રુધિરમાં રહેલા ઑક્સિજનનું દબાણ વાતાવરણ કરતાં 4 ભાગનું હોય છે; પરંતુ 4,500 મી.ની ઊંડાઈએ થતી માછલીઓના વાતાશયમાં રહેલી હવાનું દબાણ 450 વાતાવરણદાબ જેટલું હોય છે. વાતાશયમાં ઑક્સિજન ઉપરાંત આર્ગોન જેવા વાયુઓ માપી શકાય તેટલી સાંદ્રતાએ હોય છે. વાતગ્રંથિ દ્વારા થતી વાયુઓના સ્થાનાંતરણની ક્રિયા સંભવત: ભૌતિક ક્રિયા છે.

માછલીઓ પાણીમાં દ્રવેલી હવામાંથી ઑક્સિજન મેળવે છે અને દબાણમાં વધારો કરે છે. વાયુશ્વાસક (air-breathing) પ્રાણીઓ દરિયામાં ખાસ પ્રકારની મુશ્કેલીઓ અનુભવે છે. જ્યારે પ્રાણી પાણીમાં ડૂબકી મારે છે ત્યારે તેનાં ફેફસાંનું કદ ઘટે છે. પાણીની સપાટીએથી ફેફસાંમાં લેવાયેલી હવાનું દબાણ વધે છે અને વાયુઓને રુધિરમાં ધકેલે છે. હવામાં નાઇટ્રોજનની ઊંચી સાંદ્રતા(80 %)થી બે બાબતો સંભવી શકે : એક, ઊંચા દબાણે પેશીઓમાં નાઇટ્રોજન પુષ્કળ પ્રમાણમાં દ્રવે. આ સ્થિતિ ઊંડા પાણીમાં ડૂબકી મારતા મનુષ્ય માટે વિષાક્ત (toxic) બને છે અને નિશ્ચેતક (anesthetic) અસર નિપજાવે છે જેને નાઇટ્રોજન સુષુપ્તિ (nitrogen narcosis) કે દરિયાઈ આવેશ (raptures of deep) કહે છે. બીજું, જો ડૂબકી મારનાર વ્યક્તિ સપાટી પર ઝડપથી આવે તો દબાણ ઝડપથી ઘટે છે અને પેશીમાં રહેલો નાઇટ્રોજન ઝડપથી દ્રાવણની બહાર આવે છે અને પરપોટા બને છે. આ સ્થિતિ પીડાકારક તેમજ પ્રાણઘાતક હોય છે જેને ‘બેન્ડ્સ’ કે ‘કાસન’નો રોગ કહે છે.

જોકે આ મુશ્કેલીઓ મનુષ્યને તે ખૂબ ઊંડાઈએ પહોંચે ત્યારે અસર કરે છે. ઘણાં વાયુશ્વાસક પ્રાણીઓ દરિયામાં વસે છે અને પાણીમાં ખૂબ ઊંડી ડૂબકી મારે છે; દા. ત., વસા તિમિ (Physeter catodon, sperm whale) 1,000 –2,000 મી.ની ઊંડાઈ સુધી પહોંચે છે અને સપાટીએ 1.0–1.5 કલાકે હાનિરહિત સ્થિતિમાં પાછી ફરે છે. આવાં પ્રાણીઓમાં ઊંડે સુધી ડૂબકી મારવા માટે વિશિષ્ટ પ્રતિવર્ત (reflex) હોય છે. ડૂબકી મારતાં પહેલાં તે ઉચ્છવાસ બહાર કાઢે છે જેથી ફેફસાંમાં રહેલી હવાનું કદ ઘટે છે અને શરીરમાં નાઇટ્રોજનનો પ્રવેશ થતો અટકે છે. આમ થતાં હૃદયનાં સ્પંદનોનો દર ઘટે છે અને મગજ તેમજ હૃદય સિવાયનાં મોટા ભાગનાં અંગોમાં રુધિરનું પરિવહન ઘટે છે, જેથી ડૂબકી મારતા પ્રાણીની જીવંત પેશીઓ માટે જરૂરી ઑક્સિજનનું પ્રમાણ જળવાય છે.

બળદેવભાઈ પટેલ