સમભાજન (mitosis)

સમભાજન (mitosis) : સજીવોમાં થતા કોષવિભાજનનો એક પ્રકાર. સજીવોનું જીવન એકકોષથી શરૂ થઈ, વારંવાર વિભાજનથી બહુકોષીય બને છે. પૂર્વવર્તી કોષનું વિભાજન થઈ અંગો બહુકોષીય બને છે. કોષવિભાજનથી નવા કોષો ઉત્પન્ન થાય છે. એકકોષી સજીવોમાં કોષવિભાજનની ક્રિયા પ્રજનનનું સાધન છે, જ્યારે બહુકોષી સજીવોમાં તે અંગ અને દેહનું ઘડતર કરે છે. કોષવિભાજનની ક્રિયા નાશ પામતા જીર્ણ કોષોને સ્થાને નવા કોષો પ્રસ્થાપિત કરવા; પડેલા ઘા રુઝાવવા; વનસ્પતિમાં પ્રકાંડ, પર્ણ અને મૂળની લંબાઈમાં વૃદ્ધિ માટે થાય છે. કોષવિભાજનના મુખ્ય બે પ્રકાર છે : સમભાજન (mitosis) અને અર્ધીકરણ (meiosis) અથવા અર્ધસૂત્રણ. સજીવોના દૈહિક કોષો(somatic cells)માં થતા વિભાજનને સમભાજન કે સમસૂત્રીભાજન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. વનસ્પતિના દૈહિક કોષો જેવા કે મૂળ, પ્રકાંડ અને પર્ણના અગ્ર ભાગે આવેલી વર્ધનશીલ પેશીમાં આ પ્રકારનું વિભાજન થાય છે. પ્રાણીઓમાં જન્યુકોષોના નિર્માણ-સમયે અને વનસ્પતિઓમાં બીજાણુનિર્માણ-સમયે થતું કોષવિભાજન અર્ધીકરણ પ્રકારનું હોય છે; કારણ કે આ વિભાજન બાદ રંગસૂત્રની સંખ્યા અડધી થઈ જાય છે; તેથી સજીવોનાં જીવનચક્ર દરમિયાન રંગસૂત્રોની સંખ્યા જળવાઈ રહે છે.

સમભાજન દરમિયાન દ્વિગુણિત મહાણ્વીય રચનાઓ નવજાત કોષોમાં સમાનપણે વિતરણ પામે છે. તેથી નવા ઉદ્ભવેલા પ્રત્યેક કોષમાં રંગસૂત્રોની સંખ્યા માતૃકોષ જેટલી જ હોય છે અને રચનાકીય તેમજ દેહધર્મવિદ્યાકીય લક્ષણો સમાન હોય છે. સમભાજન એક સળંગ પ્રક્રિયા છે અને તે દરમિયાન કોષકેન્દ્ર અને કોષરસ બંનેમાં શ્રેણીબદ્ધ જટિલ ફેરફારો થતા હોય છે. તેના મુખ્ય બે તબક્કાઓ છે : (1) કોષકેન્દ્ર-વિભાજન (karyokinesis) અને કોષરસ-વિભાજન (cytokinesis).

કોષકેન્દ્ર-વિભાજનના તબક્કાને ચાર અવસ્થાઓમાં વહેંચવામાં આવે છે : (1) પૂર્વાવસ્થા (prophase), (2) ભાજનાવસ્થા (metaphase), (3) ભાજનોત્તર અવસ્થા (anaphase) અને (4) અંત્યાવસ્થા (telophase).

વૃદ્ધિ પામતો કોષ કોષચક્રમાંથી પસાર થાય છે. નવજાત કોષ શ્રેણીબદ્ધ ફેરફારો પામી કોષવિભાજન દ્વારા બે નવા કોષો ઉત્પન્ન કરે છે. આ ઘટનાચક્રને કોષચક્ર (cell cycle) કહે છે. આ કોષચક્ર બે અવસ્થાઓનું બનેલું છે : (1) આંતર અવસ્થા (interphase) અને (2) કોષવિભાજન.

કોષવિભાજન શરૂ થતાં પૂર્વે કોષ પૂર્વતૈયારી કરે છે. આ તબક્કાને આંતર અવસ્થા (interphase) કહે છે. હોવર્ડ અને પેલ્ક(1953)નાં જૈવરાસાયણિક પદ્ધતિઓ દ્વારા થયેલાં સંશોધનોએ દર્શાવ્યું છે કે આંતર અવસ્થા G₁ (ગેપ), S (synthesis, સંશ્લેષણ) અને G₂ (ગેપ₂) – એમ ત્રણ તબક્કાઓની બનેલી છે.

G₁-તબક્કા દરમિયાન પ્રોટીન અને RNAનું સંશ્લેષણ થાય છે. રંગસૂત્રો લાંબાં બને છે. DNA સંશ્લેષણ માટે જરૂરી પ્રક્રિયકો અને ઉત્સેચકોનું સંશ્લેષણ થાય છે. સસ્તન કોષમાં G1તબક્કો લગભગ 5 કલાક(30 %થી 40 %)માં પૂરો થાય છે. S-તબક્કા દરમિયાન DNAનું દ્વિ-ગુણન (replication) અને હિસ્ટોનનું સંશ્લેષણ થાય છે. તે સમયગાળો લગભગ 7 કલાક (40 %થી 50 %) જેટલો હોય છે. G₂-તબક્કા દરમિયાન તારાકેન્દ્રનું દ્વિભાજન, શક્તિસભર સંયોજનો અને ત્રાકના નિર્માણ માટે જરૂરી પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ થાય છે. મૂળભૂત દ્વિગુણિત કોષમાં DNA બેગણું હોય છે; જ્યારે G₂તબક્કામાં કોષ ચારગણું DNA ધરાવે છે. આ તબક્કો લગભગ ત્રણ કલાક(10 %થી 20 %)માં પૂરો થાય છે. સમભાજનના તબક્કાને લગભગ એક કલાક (5 %થી 10 %) લાગે છે.

કોષચક્રના સમયગાળાનું નિયમન મૂળભૂત રીતે G₁ અવસ્થાના વિશિષ્ટ બિંદુએ કોષચક્રના જકડાવાને પરિણામે થાય છે. આ જકડાયેલી અવસ્થામાં રહેલો કોષ કોષચક્રમાંથી મુક્ત બને તો વૃદ્ધિ પામી વિભેદનના તબક્કામાં પ્રવેશે છે. એક વાર G₁નું આ નાકાબંધી સ્થાન (check point) પસાર થઈ જાય તો કોષ નવા કોષચક્રમાં આગળ વધે છે.

સજીવોમાં કોષવિભાજનનું નિયમન NGF (nerve growth factor), EGF (epidermal growth factor), FGF (fibroblast growth factor), લિમ્ફોકિન જેવા વિશિષ્ટ વૃદ્ધિકારકો દ્વારા થાય છે. આ વૃદ્ધિકારકો અત્યંત અલ્પ સાંદ્રતાએ નિશ્ચિત પ્રકારની પેશીમાં કોષવિભાજનને ઉત્તેજે છે. તે ગર્ભવિકાસ દરમિયાન મહત્ત્વનો ભાગ ભજવે છે.

કેટલાંક કૅન્સર પ્રેરતાં જનીનો વૃદ્ધિકારકો અને વૃદ્ધિકારક-ગ્રાહક(growth factor receptor)નું સંકેતીકરણ કરે છે. કૅન્સરજન (carcinogen) પદાર્થો અને કૅન્સર પ્રેરતા વાઇરસ કૅન્સર માટે જવાબદાર હોવાની માન્યતા છે. કૅન્સરગ્રસ્ત કોષો અનિયંત્રિતપણે અત્યંત ઝડપી કોષવિભાજન પામે છે. તેમનું કોષચક્ર અનિયંત્રિત, અનિયમિત અને ટૂંકું હોય છે. G₁, S અને G₂ અવસ્થાઓમાં થતી પ્રક્રિયાઓનો દર ઝડપી હોવાથી કોષવિભાજનના તબક્કાઓ પણ ઝડપી હોય છે. કૅન્સરગ્રસ્ત કોષો તેમના પડોશી કોષોમાંથી પોષણ મેળવે છે.

પૂર્વાવસ્થા : આ અવસ્થામાં કોષકેન્દ્ર મોટું, ગોળાકાર અને સ્પષ્ટ બને છે. રંગસૂત્રદ્રવ્ય(chromatin material)ના નિશ્ચિત સંખ્યામાં ટુકડાઓ થતાં રંગસૂત્રો (chromosomes) બને છે. રંગસૂત્રો ધીમે ધીમે સંકોચન પામી ઘટ્ટ અને ટૂંકાં બને છે. પ્રત્યેક રંગસૂત્ર બે પરસ્પર ગાઢ રીતે ગૂંચવાયેલી અને એક જ રંગસૂત્ર બિંદુ (centromere) વડે જોડાયેલી બે રંગસૂત્રિકાઓ (chromatids) ધરાવે છે. પૂર્વાવસ્થાની શરૂઆતમાં રંગસૂત્રો કોષકેન્દ્રીય ગુહામાં હોય છે. આ અવસ્થા આગળ ધપતાં તેઓ કોષકેન્દ્રપટલની નજીક આવે છે. તેથી કોષકેન્દ્રનો મધ્યભાગ ખાલી લાગે છે. આ સમયે કેટલાંક રંગસૂત્રોમાં પ્રાથમિક ખાંચ (primary constriction) અને દ્વિતીયક ખાંચ (secondary constriction) જોવા મળે છે.

કેટલીક લીલ અને ફૂગ તેમજ બધા પ્રાણીકોષોમાં કોષકેન્દ્રની બહાર તારાકેન્દ્ર આવેલું હોય છે. તે એકબીજાને કાટખૂણે ગોઠવાયેલા બે નળાકારનું બનેલું હોય છે. પ્રત્યેક તારાકેન્દ્ર આંતર અવસ્થામાં વિભાજાય છે. તે બધાં બધી દિશામાં તારા આકારે વિસ્તરતી સૂક્ષ્મનલિકાઓ વડે ઘેરાયેલાં હોય છે. તેને તારક (aster) કહે છે. આ તારાકેન્દ્રના બંને યુગ્મ તારક સાથે પ્રસરણ પામી સામસામેના ધ્રુવ તરફ ગોઠવાય છે. પહેલાં એમ મનાતું હતું કે સમસૂત્રી ત્રાક(mitotic spindle)ના સર્જનમાં તારાકેન્દ્રનો મહત્ત્વનો ફાળો છે. જોકે ઉચ્ચ કક્ષાના વનસ્પતિકોષોમાં તારાકેન્દ્રની ગેરહાજરીમાં સમસૂત્રી ત્રાક બને છે. વીજાણુસૂક્ષ્મદર્શી અવલોકન પ્રમાણે ત્રાકની સૂક્ષ્મનલિકાઓ તારાકેન્દ્ર તરફ અભિસરણ પામતી હોવા છતાં તેમની સાથે સંપર્કમાં આવતી નથી. આ સૂક્ષ્મનલિકાઓ તારાકેન્દ્રની ફરતે આવેલી પરિતારાકેન્દ્રીય કણિકાઓ(pericentriolar satellites)માં અંત પામે છે. આ પરિતારાકેન્દ્રીય દ્રવ્યમાંથી સૂક્ષ્મનલિકાઓ ઉત્પન્ન થાય છે. કેટલીક ફૂગમાં તારાકેન્દ્ર કોષકેન્દ્રમાં આવેલું હોય છે અને સમસૂત્રી ત્રાક કોષકેન્દ્રમાં જ ઉત્પન્ન થાય છે. આ પ્રકારના સમભાજનને અંત:સમભાજન (endomitosis) કહે છે. જો તારાકેન્દ્ર કોષકેન્દ્રની બહાર આવેલું હોય તો તે કોષમાં થતા સમભાજનને બહિર્સમભાજન (extranuclear mitosis) કહે છે.

હવે કોષકેન્દ્રિકાઓના કદમાં ક્રમિક ઘટાડો થાય છે અને છેવટે કોષકેન્દ્રરસમાં તેમનું સંપૂર્ણ વિઘટન થાય છે. કોષકેન્દ્રપટલના ઝડપી અવઘટન સાથે તે અદૃશ્ય થાય છે. કોષકેન્દ્રનું દ્રવ્ય કોષરસમાં મુક્ત થાય છે.

ડુંગળીના મૂળમાં આ અવસ્થા 71 મિનિટ જેટલો સમય લે છે.

ભાજનાવસ્થા : પૂર્વાવસ્થા અને ભાજનાવસ્થા વચ્ચેના સંક્રમણ-કાળ(transition period)ને પૂર્વભાજનાવસ્થા (premetaphase) કહે છે. આ ટૂંકા સમયગાળા દરમિયાન કોષકેન્દ્રપટલ અને કોષકેન્દ્રિકાનું પૂર્ણ વિઘટન થાય છે અને રંગસૂત્રો અસ્તવ્યસ્ત હોય છે. કોષની મધ્યમાં સ્વચ્છ, પ્રવાહીમય પ્રદેશ ઉત્પન્ન થાય છે. વિષુવવૃત્તીય પ્રદેશમાં ત્રાકતંતુઓના પ્રવેશ બાદ તેમની સૂક્ષ્મનલિકાઓ બંને ધ્રુવો સુધી વિસ્તરે છે અને ત્રાકની રચના પૂર્ણ થાય છે.

હવે રંગસૂત્રો મુક્તપણે હલનચલન કરી વિષુવવૃત્તીય પટ પર ગોઠવાય છે. ત્રાક બે પ્રકારના તંતુઓ ધરાવે છે :

(1) રંગસૂત્રીય તંતુઓ : તેઓ રંગસૂત્રોના રંગસૂત્રબિંદુમાંથી તારાકેન્દ્ર સાથે જોડાય છે. રંગસૂત્રો દ્વિધ્રુવીય ત્રાકના વિષુવવૃત્તીય સમતલમાં અરીય રીતે ગોઠવાઈ વિષુવવૃત્તીય પટ્ટિકા (equatorial plate) બનાવે છે. પ્રત્યેક રંગસૂત્રની રંગસૂત્રિકાઓ આ પટ્ટિકાની ધ્રુવીય દિશામાં લંબાયેલી હોય છે અને રંગસૂત્રબિંદુ વિષુવવૃત્તીય પટ્ટિકા પર ત્રાકતંતુ સાથે જોડાયેલું રહે છે.

(2) સળંગ તંતુઓ : આ ત્રાકતંતુઓ બંને તારાકેન્દ્રોને પરસ્પર જોડે છે. આ તંતુઓ લંબાઈને બંને ધ્રુવોને એકબીજાથી દૂર ધકેલે છે. તેઓ રંગસૂત્રો સાથે જોડાતા નથી.

આ અવસ્થા 6થી 13 મિનિટ ચાલે છે અને આ અવસ્થામાં રંગસૂત્રોની સંખ્યા ગણી શકાય છે. જે સમભાજનમાં ત્રાકને તારાકેન્દ્રો અને તારકો હોય તેને તારાકીય સમભાજન કહે છે. અતારાકીય (non-astral) સમભાજન દરમિયાન તારાકેન્દ્રો કે તારકોનો અભાવ હોય છે.

ભાજનોત્તર અવસ્થા : આ અવસ્થાની શરૂઆતમાં પ્રત્યેક રંગસૂત્રના રંગસૂત્રબિંદુનું વિભાજન થાય છે અને બંને રંગસૂત્રિકાઓ એકબીજીથી મુક્ત થાય છે. હવે રંગસૂત્રીય તંતુઓની સૂક્ષ્મનલિકાઓનું 1/3થી 1/5ભાગનું ક્રમિક સંકોચન થતાં પ્રત્યેક રંગસૂત્રની બંને રંગસૂત્રિકાઓ પરસ્પર સામસામેના ધ્રુવ તરફ ખેંચાય છે. પ્રત્યેક રંગસૂત્રિકા હવે સ્વતંત્ર રંગસૂત્ર તરીકે વર્તે છે. રંગસૂત્રોનું ખેંચાણ અને રંગસૂત્રીય તંતુઓનું સંકોચન કયાં પરિબળોને આધારે થાય છે તે વિશે વિવિધ મંતવ્યો આપવામાં આવ્યાં છે. ભાજનાવસ્થામાં હોય તેના કરતાં ત્રાક બેગણી લંબાય છે. લંબાયેલા કેટલાક સળંગ તંતુઓની સૂક્ષ્મનલિકાઓ આંતરવિભાગીય તંતુઓ (interzonal fibers) બનાવે છે. આ અવસ્થામાં રંગસૂત્રો ‘V’ કે ‘L’ જેવા આકારો ધારણ કરે છે.

અંત્યાવસ્થા : અંત્યાવસ્થાનો પ્રારંભ રંગસૂત્રોના ધ્રુવીય સ્થાનાંતરના અંતથી થાય છે. આ અવસ્થા પૂર્વાવસ્થા કરતાં ઊલટા ક્રમમાં પુનરાવર્તન પામે છે. તે દરમિયાન રંગસૂત્રોની લંબાઈ વધે છે અને પાતળાં બને છે. તેઓ પરસ્પર જોડાઈ જઈને રંગસૂત્રદ્રવ્ય બનાવે છે અને અંત:રસજાલમાંથી બનતા કોષકેન્દ્રપટલના ત્રુટક ખંડો વડે ઘેરાય છે. આ ખંડો જોડાતાં નવજાત કોષકેન્દ્રોની ફરતે નવાં કોષકેન્દ્રપટલો બને છે. આ કોષકેન્દ્રોમાં રંગસૂત્રોની સંખ્યા માતૃકોષ જેટલી હોય છે. આ અવસ્થાના અંતિમ તબક્કે કોષકેન્દ્રિકા-આયોજક વિસ્તારમાંથી નવી કોષકેન્દ્રિકાઓ સર્જાય છે.

સમભાજનની વિવિધ અવસ્થાઓ માટે કેટલાક સજીવોને લાગતો સમય

ક્રમ	વનસ્પતિ કે પ્રાણીનું નામ	પૂર્વાવસ્થા	ભાજનાવસ્થા (સમય મિનિટમાં )	ભાજનોત્તર અવસ્થા (સમય મિનિટમાં )	અંત્યાવસ્થા
1	વટાણાનો ભ્રૂણપોષ	40	20	12	11
2	ડુંગળીનું મૂળ	71	5-6	1-3	1-3
3.	તીતીઘોડો	102	13	9	57
4	આઇરિશ ભ્રૂણપોષ	40-45	10-30	12-22	40-75
5	ઉંદર-બરોળ (સંવર્ધન માધ્યમમાં)	20-35	6-15	8-14	9-26

કોષરસવિભાજન : વનસ્પતિકોષો અને પ્રાણીકોષોમાં આ ક્રિયા ઘણી જુદી પડે છે. વનસ્પતિકોષમાં કોષરસવિભાજનની શરૂઆત ફ્રેગ્મોપ્લાસ્ટના સર્જનથી થાય છે. આ રચના આંતરવિભાગીય સૂક્ષ્મનલિકાઓ અને ગોલ્ગી પુટિકાઓની બનેલી હોય છે. તેનું મધ્યવિસ્તાર તરફથી પરિઘવર્તી વિસ્તાર તરફ કોષપટ્ટિકા(cell plate)માં રૂપાંતર થાય છે. આ કોષપટ્ટિકા ભૌતિક અને રાસાયણિક ફેરફારો પામી મધ્યપટલ(middle lamella)માં પરિણમે છે. તેનું નિર્માણ ગોલ્ગી પુટિકાઓમાં રહેલા પૅક્ટિનના સ્રાવથી થાય છે. મધ્યપટલની બંને બાજુએ સેલ્યુલોઝનું સ્થાપન થતાં પ્રાથમિક કોષદીવાલ બને છે. કોષરસવિભાજન દરમિયાન બંને નવજાત કોષોમાં વિવિધ અંગિકાઓનું પણ વિતરણ થાય છે. કણાભસૂત્ર અને હરિતકણ જેવી અંગિકાઓનું ગુણન થતાં તેમની સંખ્યા વધે છે.

પ્રાણીકોષમાં કોષરસવિભાજન દરમિયાન તેના રસસ્તરના વિષુવવૃત્તીય પ્રદેશમાં ઉપસંકોચન (ખાંચ બનવાની ક્રિયા) શરૂ થાય છે. આ ખાંચ કોષમાં ક્રમશ: ઊંડે ઊતરતી જાય છે. અંતે બધી દિશામાં આગળ વધતી આ ખાંચ કેન્દ્ર સુધી વૃદ્ધિ પામતાં બે સ્વતંત્ર કોષોનું સર્જન થાય છે. ઍક્ટિન સદૃશ સૂક્ષ્મતંતુઓના તંત્ર દ્વારા આ પ્રક્રિયા થાય છે અને મધ્યમાં એક ઘટ્ટ રચના ઉત્પન્ન થાય છે, જેને મધ્યકાય (mid-body) કહે છે. પ્રાણીકોષમાં કોષદીવાલનું નિર્માણ થતું નથી.

સમભાજનનું મહત્ત્વ : અમીબા, પૅરામિસિયમ અને ક્લેમિડોમોનાસ જેવા એકકોષી સજીવોમાં સમભાજન દ્વારા વંશવૃદ્ધિ થાય છે.

સમભાજન દ્વારા કોષોની સંખ્યામાં વધારો થતાં સજીવની વૃદ્ધિ થાય છે; દા.ત., મનુષ્યનું શરીર લગભગ 10¹⁴ કોષો ધરાવે છે. તે બધા કોષો મૂળભૂત રીતે એકકોષી ફલિતાંડમાંથી ઉદ્ભવે છે.

સમભાજનને લીધે કોષની સપાટી અને કદનો ગુણોત્તર જળવાય છે. સજીવ શરીરમાં ઘસારો લાગતાં મૃત્યુ પામતા કોષોને સ્થાને નવા કોષો ઉમેરાવા જરૂરી છે. સમભાજનથી આ જરૂરિયાત પૂરી પડે છે.

કોઈ પણ સજીવની જાતિમાં રંગસૂત્રોની સંખ્યા સમભાજનને કારણે જળવાય છે. તેનાથી ઉદ્ભવતા નવજાત કોષોનું જનીનસંકુલ પણ માતૃકોષ જેવું જ હોય છે. સજીવના શરીરમાં સમભાજન પ્રકારનાં વિભાજનો જીવનપર્યંત ચાલે છે. આ ક્રિયા કોઈ કારણોસર અનિયમિત અને અનિયંત્રિત બને તો કૅન્સર થાય છે.

જૈમિન જોષી

બળદેવભાઈ પટેલ