वनस्पतीही बोलतात: डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस यांच्या जैवभौतिक संशोधनाची अद्भुत कहाणी

डॉ सतीश जी कुलकर्णी

---

क्रेस्कोग्राफपासून आधुनिक प्लांट नुरोबियॉलॉजिपर्यंतचा विज्ञानाचा रोमांचकारी प्रवास

आपल्या आजूबाजूला रोज असंख्य झाडे उभी असतात - मोठी झाडे, फुलझाडे, गवत, वेल, छोट्या कोवळ्या रोपांची गर्दी. आपण त्यांना पाहतो, त्यांची सावली घेतो, त्यांच्याकडे सौंदर्य म्हणून पाहतो. पण एक गोष्ट आपण सहसा कधीच विचारात घेत नाही ती म्हणजे ही झाडे “बोलतात” का? आपल्याला ते कसे शांत, निःस्पंद, प्रतिक्रिया न देणारे दिसतात. जणू ते असतात, पण घडत काही नसतं. पण खरं तर हिरव्या जगात आतून अनेक हालचाली सुरू असतात - तणाव, वेदना, संवाद, संदेश, संरक्षण, प्रतिक्रिया, वाढ या साऱ्या गोष्टी नजरेला दिसत नाहीत, कारण त्या खूप सूक्ष्म पातळीवर घडतात. या निःशब्द जगाचा आवाज सर्व प्रथम ऐकला डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस यांनी. त्यांनी जगाला शिकवले “वनस्पतीही बोलतात; पण त्यांची भाषा मानवी भाषेसारखी नाही. ती विद्युत संकेतांची भाषा आहे. ती स्पंदनांची भाषा आहे.” या लेखात आपण पाहणार आहोत, बोस यांनी ही भाषा कशी शोधली, सिद्ध केली आणि विज्ञानाला कशा नवीन वाटा दाखवल्या.

---

डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस यांच्या संशोधनाची बीज-भौतिकशास्त्रातून जीवशास्त्राकडे:

पल्स टेस्ट

डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस यांचा मूळ अभ्यास भौतिकशास्त्रात झाला होता. ते रेडिओवेव्हज्वर काम करणाऱ्या जगातील पहिल्या शास्त्रज्ञांपैकी एक होते. जगाला “वायरलेस सिग्नल्स” दाखवणारे ते अग्रणी संशोधक.पण त्यांचे मन निसर्गाकडे आकृष्ट होत गेले. “निर्जीवांच्या प्रतिक्रिया” आणि “सजीवांच्या प्रतिक्रिया” या दोन्हीमध्ये एक समान धागा आहे का? हा प्रश्न सतत त्यांच्या डोक्यात फिरत होता. त्यांनी धातंवूर प्रयोग केले. धातूंमध्ये थकवा, ताण, विद्युत सवंदेनशीलता अशा गोष्टी दिसल्या. त्यातनू त्यांना जाणवले. जर निर्जीव धातूंमध्ये अशी संवेदना असू शकते, तर सजीव वनस्पती तर आणखीच प्रतिसादशील असतील! अशा विचारातून बोस जैवभौतिकीच्या क्षेत्रात उतरले.

जगातील कल्पना उलटवणारा निष्कर्ष:

“वनस्पती सजीव प्रतिक्रिया देतात” या काळात वैज्ञानिक जगतात प्रचलित धारणा ही होती की प्राणी सजीव, संवेदनशील आणि वनस्पती निःस्पंद, केवळ वाढणाऱ्या वस्तू असतात. वनस्पतींना वेदना होतात, ताण येतो, प्रतिक्रिया निर्माण होतात, विद्युत संकेत वाहतात हे कल्पनारम्य मानले जात होते. बोस यांनी या कल्पनेला वैज्ञानिक पद्धतीने तपासायचे ठरवले पण वनस्पतींच्या हालचाली इतक्या सूक्ष्म की उघड्या डोळ्यांना दिसणार नाहीत. म्हणून बोस यांनी प्रथम ‘ऐकू’ शकणारी उपकरणे तयार केली.

सर जे.सी. बोस (1923) यांनी रसाच्या आरोहणासाठी एक महत्त्वाचा सिद्धांत मांडला. त्याने प्रायोगिकरित्या दाखवून दिले की कॉर्टेक्सच्या सर्वात आतल्या थरातील जिवंत पेशी स्पंदनात्मक गतीच्या स्थितीत आहेत, म्हणजे, पर्यायी वि स्तार आणि आकुंचन. त्यांच्या म्हणण्यानुसार, या स्पंदनामुळे एका पेशीपासून पेशीकडे पाण्याचे ऊर्ध्वगामी दिशेने पंपिंग होते. या पल्सेशनला जे.सी. बोस यांनी “वनस्पतींचे हृदयाचे ठोके” असे संबोधले.

क्रेस्कोग्राफ - वनस्पतींचा हृदयस्पंदन ऐकणारे उपकरण:

क्रेस्कोग्राफ हे आचार्य बोस यांचे सर्वात प्रसिद्ध आविष्कार. जगात पहिल्यांदाच अशा यंत्राने सूक्ष्म वनस्पतींची वाढ १०,००० पट वाढवून दाखवली. क्रेस्कोग्राफच्या साहाय्याने वनस्पतींच्या वाढीचा वेग, परस्थितीतील बदलांचे परिणाम, ताण व उत्तेजनांव रील प्रतिक्रिया, प्रकाश, तापमान, रसायने यांचा प्रभाव, विद्युत संकेतांचे बदल इ. यातील सर्व गोष्टी ग्राफच्या स्वरूपात प्राप्त होत. प्रयोगात दिसून आले की प्रकाश मिळाल्यावर वाढ जलद होते, स्पर्श किंवा धक्का मिळाल्यास वाढीच्या ग्राफमध्ये मारक खळबळ दिसते, विषारी रसायन दिल्यास स्पंदन अचानक शांत होतात, उष्णता वाढवल्यास सिग्नल वेगवान होतात, थंड वातावरणात ठेवल्यास स्पंदन मंदावतात हे निष्कर्ष त्या काळात अभूतपूर्व होते.

वनस्पतींच्या “विद्युत संकेतांची” शोधयात्रा

डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस यांनी सिद्ध केले की वनस्पतींच्या शरीरात प्राण्यांसारखेच विद्युत संकेत (Electrical Action Potentials) निर्माण होतात ही माहिती त्या काळातील पाश्चात्त्य वैज्ञानिकांच्या संकल्पनांना धक्का देणारी होती कारण विद्युत संकेत म्हणजे “नर्व्ह सिस्टीम” चा भाग आणि वनस्पतींना नसा नसतात! पण बोस यांनी दाखवून दिले की वनस्पतींच्या पेशींमध्ये आयन चॅनेल्स आहेत, त्या आयनां च्या हालचालींमुळे विद्युत संकेत निर्माण होतात, हे संकेत प्रकाश, थंडी, स्पर्श, जखम, रसायन यांच्या प्रत्युत्त रात बदलतात “वनस्पतींचा नर्व्हस सिस्टम नसला तरी त्यांचे विद्युत संवाद असतात.” हे आज plant neurobiology या नवीन क्षेत्राचे मूलभूत तत्त्व बनले आहे.

डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस यांच्या अविस्मरणीय प्रयोगांची कथा

(अ) झाडांना जखम दिल्यावर काय झाले?

जेव्हा वनस्पतीच्या देठाला बोस यांनी चिरा दिली क्रेस्कोग्राफवर सिग्नल्स अचानक उसळले, एका क्षणात धक्क्यासारखी विद्युत लाट निर्माण झाली, काही सेकंदांत ती हळूहळू शांत होत गेली हा ग्राफ “वेदनांवरील प्रतिक्रिया” म्हणून ओळखला जाऊ लागला.

(ब) मॉर्फिन दिल्यावर काय होते?

प्राण्यांसारखेच मॉर्फीन दिल्यावर वनस्पतींची स्पंदने मंदावतात, पुनः जखम दिल्यास प्रतिक्रिया कमी तीव्र यावरून दिसले की वनस्पतींनाही डिप्रेसंट” प्रभाव जाणवतो. विषारी रसायनांचा प्रभाव दिसतो. विष दिल्यावर सिग्नल्स काही क्षणांत “Heartbeat Flatline” सारखे सपाट दिसतात.

(क) प्रकाश चालू-बंद करताच वाढीचे ग्राफ बदलतात. फोटोसिंथेसिस मधील ऊर्जा व्यवस्थापनाचे जैवभौतिक निदर्शन होय.

(ड) संगीत आणि ध्वनीचा वनस्पतीवर होणारा परिणाम त्यांनी तपासला. विशेषतः ध्वनीच्या विशिष्ट वारंवारतेवर वनस्पतींच्या वाढीच्या ग्राफमध्ये बदल दिसले. आज याच तत्त्वावर अकॉस्टिक स्टिम्युलेशन स्टडीज होत आहेत.

डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस यांच्या संशोधनामुळे वनस्पती ‘सजीव’ म्हणून पुनर्स्थापित: बोस यांचे निष्कर्ष याप्रमाणे होते - वनस्पती वेदना जाणवतात, त्या तणावाला प्रतिसाद देतात, त्यांचे “मन” नसले तरी त्यांची “सजीव प्रतिक्रिया” आहे, त्यांची बुद्धिमत्ता नसली तरी सिग्नल प्रोसेसिंग आहे, त्यांना पर्यावरणातील बदलांचे भान असते. या विचारामुळे वनस्पतींच्या अभ्यासात भूकंप घडला. त्या काळातील वैज्ञानिकांचा विरोध आणि बोस यांची संघर्षयात्रा बोस यांना अनेकदा विरोधाचा सामना करावा लागला कारण “वनस्पतींना वेदना होतात?” हा मूर्खपणा ठरविला गेला. वनस्पतीत “विद्युत संकेत?” हे अशक्य मानले गेले. वनस्पती “प्रतिक्रिया?” देतात हे अंधश्रद्धा मानले गेले.पण बोस कधीच मागे हटले नाहीत. त्यांच्या प्रयोगांची अचूकता, गणिती मांडणी आणि उपकरणांची संवेदनशीलता इतकी प्रभावी होती की हळूहळू जग नमले. १९१७ नंतर जगातील वैज्ञानिकांनी मान्य केले — “Bose was right.”

डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस आणि आधुनिक वनस्पती न्यूरोबायोलॉजी: वनस्पती न्यूरोबायोलॉजी (Plant Neurobiology) ही आज एक स्वतंत्र विज्ञान शाखा आहे. या क्षेत्रातील मुख्य अभ्यास विषय आहेत वनस्पतींचे विद्युत संकेत, आयन चॅनेल्स, तणाव संकेत (Stress signals), पेशींमधील संवाद (Cell-to-cell communication), हार्मोन्सद्वारे माहिती प्रसारण, संरक्षण यंत्रणा. ही सर्व तत्त्वे बोस यांच्या प्रयोगांवर आधारलेली आहेत.

डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस यांच्या संशोधनाची आजच्या काळातील व्यावहारिक उपयोगिता: कृषी तंत्रज्ञानात सदरील संशोधनाचा उपयोगिता वनस्पतींचा ताण त्वरित ओळखणे, पाणी-अभावाचे निदान करणे, पिकांच्या रोगांचे प्रारंभिक संकेत तपासणे, पोषणअभावामुळे उद्भवणारे सिग्नल्स अभ्यासणे व त्यावरून निष्कर्ष काढणे, कीटक हल्ल्याची सुरुवातीची चेतावणी ओळखणे इत्यादी आहेत आज सेन्सर-आधारित ‘स्मार्ट फार्मिंग’ याच तत्त्वांवर उभे आहे. पर्यावरण नियंत्रणात वनस्पतींवर प्रदूषण, तापमान वाढ, ओझोन घटक यांचे परिणाम विद्युत सिग्नल्सने कळतात. औषधशास्त्रात नवीन रसायनांच्या परिणामांचे परीक्षण वनस्पतींच्या क्रेस्कोग्राफिक डेटावर केले जाते. अंतराळ संशोधनात NASA आणि ESA च्या माध्यमातून वनस्पतीवर सूक्ष्मगुरुत्वातील प्रतिक्रिया त्यांची अंतराळातील वाढ, प्रकाश/ उष्णता बदलांचे वनस्पतीवर होणारे परिणाम यांचे मॉडलिेगं बोस यांच्या तत्त्वांनी करतात. शाश्वत शेतीत वनस्पती “बोलतात” म्हणूनच त्यांचे stress patterns ओळखून उत्पादनक्ष मता वाढवता येते.

“वनस्पती बोलतात”: या वाक्यामागील जैवभौतिक तत्त्व हे वाक्य साहित्यिक नाही; ते वैज्ञानिक आहे. वनस्पती बोलतात म्हणजे त्यांच्यातील विद्युत संकेत (Sodium, Potassium, Calcium आयनां चे हालचाल, Action potential, Variation potential इ.) रासायनिक संकेत (हार्मोन्स, Volatile Organic Compounds(VOCs), संरक्षणरसायने) तसेच यांत्रिक बदल (वाढीचे वेग, विस्तार, ताण) आणि त्यांचा वातावरणाशी होणारा संवाद (उष्णता, प्रकाश, स्पर्श, पाणी यांचे संवेदन) अंतर्भूत होतो. हीच ती वनस्पतींची भाषा.

डॉ (सर) जगदीशचंद्र बोस यांनी बदललेली जगाची दृष्टी: त्यांच्या संशोधनाने तीन मोठे बदल घडवले

1. प्राणी–वनस्पती भेदाची व्याख्या बदलली. वनस्पतींचे सजीव प्रतिसाद विज्ञानाने मान्य केले.

2. जैवभौतिकीला नवा आकार मिळाला. जीवशास्त्रीय घटना भौतिक पद्धतीने मोजण्याची वैज्ञानिक क्रांती.

3. भारतीय विज्ञानाची प्रतिष्ठा जागतिक स्तरावर उंचावली. बोस हे जगातील अग्रणी प्रयोगकर्ते म्हणून ओळखले जाऊ लागले.

   
   

तत्त्वज्ञान:- निसर्ग एकसंध आहे - बोस म्हणत : “जीवन एकच आहे. निर्जीव आणि सजीव या विभागणीपेक्षा महत्त्वाची गोष्ट म्हणजे त्यांचे मूलभूत प्रक्रिया समान असतात.” हे एकात्मवादी विज्ञान दर्शन आजही आधुनिक संशोधनाची पायाभरणी करते. वनस्पतींच्या मौन भाषेचे श्रोते बनूया:आचार्य जगदीशचंद्र बोस यांनी आपल्याला दिलेली सर्वात मोठी देणगी म्हणजे - वनस्पतींचे जीवन आपण ‘पहिले’ नाही, तर ‘ऐकले’. त्यांनी दाखवले की झाडे फक्त उभी नसतात - ती प्रत्युत्तर देतात, जगतात, संवाद साधतात. त्यांच्या निःशब्द जगातही चेतनेची लहर आहे.आज बोस यांचे संशोधन आपल्याला सांगते - निसर्गाशी संवाद साधा, झाडांना सजीव म्हणून वागवा, त्यांच्या जैवभाषेचाआदर करा कारण शेवटी - “वनस्पतीही बोलतात - फक्त आपणच त्यांच्या भाषेकडे दुर्लक्ष करून बसलो होतो.

(लेखक हे इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स छत्रपती संभाजीनगर येथे जीवभौतिकशास्त्र विभागातून सहयोगी प्राध्यापक आणि विभागप्रमुख म्हणून निवृत्त झाले आहेत.)