जीवन सटीक रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चलाने के लिए ब्रह्मांड को ‘हीट टैक्स’ का भुगतान करता है

जीवित वस्तुएँ अपने परिवेश में बहुत अधिक ऊष्मा उत्सर्जित करती हैं।

ब्रह्मांड ऊर्जा संरक्षण को लेकर सख्त है। यदि कोशिकाओं का ढेर है और आप उन्हें व्यवस्थित करते हैं और व्यवस्थित तरीके से एक साथ काम करते हैं, तो आप सिस्टम की एन्ट्रापी को कम करते हैं। बदले में आपको एन्ट्रापी में गिरावट का हिसाब देने के लिए ब्रह्मांड को ‘टैक्स’ चुकाना होगा। वैज्ञानिकों ने जीवित प्राणियों द्वारा छोड़ी गई गर्मी को यह कर माना है।

हालाँकि, एक समस्या है: यह एन्ट्रापी के हिसाब से आवश्यकता से अधिक परिमाण के दो क्रम हैं। बाकी गर्मी किस बारे में हो सकती है?

ए नया अध्ययन फ़्रीबर्ग विश्वविद्यालय, एसटीएफसी डेरेसबरी प्रयोगशाला और एडिनबर्ग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने तर्क दिया है कि कोशिकाएँ अपने रसायन विज्ञान को कैसे अनुकूलित करती हैं, इसके कारण जीवन इतनी गर्मी पैदा करता है।

कोशिकाओं में हर समय हजारों रासायनिक प्रतिक्रियाएँ होती रहती हैं। अच्छी तरह से काम करने के लिए, इन प्रतिक्रिया नेटवर्कों को गति कम किए बिना सटीक और मजबूत होने की आवश्यकता है। जब कोशिकाएं प्रोटीन का निर्माण करती हैं, तो उन्हें श्रृंखला में गलत अमीनो एसिड डालने जैसी गलतियाँ करने से बचना चाहिए। जब कोशिकाएं अपने ‘कंकाल’ जैसी संरचनाएं बनाती हैं, तो उन्हें बहुत विशेष आकार के हिस्से बनाने की आवश्यकता होती है। और जब वे अचानक गर्मी जैसे तनाव पर प्रतिक्रिया करते हैं, तो उन्हें तुरंत प्रतिक्रिया करने की आवश्यकता होती है।

शोधकर्ताओं ने प्रस्तावित किया है कि कोशिकाएं एक ही रासायनिक सेटअप का उपयोग करके इन सभी अलग-अलग लक्ष्यों को प्राप्त करती हैं, इसलिए बोलने के लिए, यानी वे रासायनिक चक्र बनाते हैं जो संतुलन से बहुत दूर संचालित होते हैं – जैसे कि एक हिंडोला-गो-राउंड को वास्तव में जोर से धक्का देना, बजाय इसके कि अणुओं के इस पर अपना मोड़ आने के बाद इसे धीमा कर दिया जाए।

मान लें कि एक प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रिया है: ए ⇌ बी। संतुलन पर, प्रतिक्रिया एक संतुलन तक पहुंच जाएगी जहां ए ठीक उसी दर पर बी में परिवर्तित हो जाता है जिस दर पर बी ए में परिवर्तित हो जाता है, इसलिए सब कुछ स्थिर अनुपात में व्यवस्थित हो जाएगा और बस वहीं बैठेगा। फिर, मान लीजिए कि आप लगातार अधिक से अधिक ए पंप करके सिस्टम को इस प्राकृतिक संतुलन से दूर कर देते हैं। अब प्रतिक्रिया एक दिशा में संचालित होगी और सिस्टम आराम की स्थिति में नहीं रहेगा। इस अवस्था को संतुलन से दूर कहा जाता है।

पेपर में, शोधकर्ताओं ने एटीपी हाइड्रोलिसिस नामक प्रतिक्रिया पर ध्यान केंद्रित किया: एटीपी ⇌ एडीपी + फॉस्फेट। संतुलन पर यह प्रतिक्रिया एटीपी बनाम एडीपी के कुछ अनुपात में स्थिर हो जाती है। हालाँकि, कोशिकाएँ सक्रिय रूप से अनुपात को लगभग 10 अरब गुना बनाए रखती हैं जो कि संतुलन होगा, जो संतुलन से बहुत दूर है। वे ऐसा लगातार ताजा एटीपी बनाकर, सेलुलर प्रतिक्रियाओं में एटीपी का उपयोग करके और रिवर्स प्रतिक्रिया को अधिक होने से रोकते हैं।

जब प्रतिक्रियाएं संतुलन से दूर होती हैं, तो वे उपयोगी कार्य कर सकती हैं और उन्हें सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। लेकिन जब वे संतुलन में होते हैं तो वे व्यावहारिक रूप से मृत हो जाते हैं: आप कुछ भी नियंत्रित नहीं कर सकते क्योंकि कोई शुद्ध ऊर्जा प्रवाह नहीं है।

इस असंतुलन को बनाए रखने और सभी प्रतिक्रिया चक्रों को चलाने से आवश्यक रूप से भारी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होगी। बहुमुखी बने रहने के लिए यह प्रभावी रूप से कर कोशिकाएं भुगतान करती हैं।

पेपर की गणना से पता चला है कि ये संचालित रासायनिक चक्र जीवों द्वारा छोड़ी गई गर्मी के एक बड़े हिस्से के लिए जिम्मेदार हैं। और विकास ने स्पष्ट रूप से निर्णय लिया है कि यह इसके लायक है।

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