निम्न में से एक सबसे मजबूत सामग्री पृथ्वी किसी कारखाने में नहीं बनाई गई है या प्रयोगशाला में संश्लेषित नहीं की गई है, बल्कि बमुश्किल दो इंच लंबे प्राणी द्वारा बनाई गई है।
डार्विन की छाल मकड़ी (कैरोस्ट्रिस डार्विनी), मेडागास्कर के जंगलों में पाया जाता है, रेशम की बुनाई होती है जो ताकत और क्रूरता दोनों में स्टील और अधिकांश मानव निर्मित फाइबर से बेहतर प्रदर्शन करती है।
बड़े जाल, मजबूत धागे
इसके रेशम की तन्य शक्ति लगभग 1.6 गीगापास्कल है, जो लोहे की तुलना में लगभग 3 गुना अधिक है, जो इसे अब तक परीक्षण किया गया सबसे कठिन जैविक पदार्थ बनाती है। लेकिन जैसा कि वैज्ञानिक अब पता लगा रहे हैं, यह असाधारण ताकत हर व्यक्ति द्वारा पैदा नहीं की जाती है।
मकड़ी की सभी प्रजातियों में, शरीर का आकार अक्सर रेशम की गुणवत्ता से जुड़ा होता है। बड़ी मकड़ियाँ आम तौर पर बड़े या तेज़ शिकार को पकड़ने के लिए सख्त रेशम का उत्पादन करती हैं। डार्विन की छाल मकड़ी जैसी गोला-बुनाई मकड़ियों में, विकासवादी समय में बड़े शरीर के साथ बड़े जाल और मजबूत रेशम के धागे भी होते हैं।
चीन, मेडागास्कर, स्लोवेनिया और अमेरिका के संस्थानों के वैज्ञानिकों ने उन परिस्थितियों को समझने के लिए छाल मकड़ियों का अध्ययन किया जिनमें वे कठिन रेशम का उत्पादन करते हैं। उनके निष्कर्ष हाल ही में प्रकाशित हुए थे इंटीग्रेटिव जूलॉजी.
तीन परिकल्पनाएँ
अध्ययन मेडागास्कर में दो छाल मकड़ी प्रजातियों पर केंद्रित है: कैरोस्ट्रिस डार्विनीजो अब तक रिकॉर्ड किए गए सबसे बड़े ओर्ब वेब को घुमाता है, और इसका करीबी रिश्तेदार है कैरोस्ट्रिस कुंटनेरी.
दोनों प्रजातियों के अंडों की थैलियाँ अनलमज़ाओत्रा नेशनल पार्क से एकत्र की गईं और मकड़ियों को प्रयोगशाला स्थितियों में पाला गया। इससे वैज्ञानिकों को आहार और आर्द्रता जैसे पर्यावरणीय कारकों को स्थिर रखते हुए विभिन्न जीवन चरणों में नर और मादा द्वारा उत्पादित रेशम की तुलना करने की अनुमति मिली।
टीम ने तीन प्रतिस्पर्धी परिकल्पनाओं का परीक्षण किया। पहले ने प्रस्तावित किया कि सभी व्यक्ति – नर और मादा, किशोर और वयस्क – समान कठोरता के रेशम का उत्पादन करते हैं। दूसरे सुझाव में कहा गया कि आकार की परवाह किए बिना केवल महिलाएं ही मजबूत रेशम का उत्पादन करती हैं। तीसरे ने कहा कि केवल बड़े व्यक्ति, विशेष रूप से बड़ी वयस्क मादाएं, असाधारण रूप से सख्त रेशम का उत्पादन करती हैं, जब उनके शरीर का आकार और पारिस्थितिक भूमिका इसकी मांग करती है।
ड्रैगलाइन रेशम
नर और मादा छाल मकड़ियों के बीच आकार का अंतर आश्चर्यजनक है। में सी. डार्विनी, वयस्क मादाएं नर से लगभग 3 गुना बड़ी होती हैं। में कैरोस्ट्रिस कुंटनेरीवे 5 गुना तक बड़े हो सकते हैं, जिससे पता चलता है कि महिलाओं पर मजबूत रेशम में निवेश करने के लिए बहुत अधिक विकासवादी दबाव होता है।
मेडागास्कर में एक डार्विन की छाल मकड़ी, 2010। | फोटो साभार: मैटजाज़ग्रेगोरिक (CC BY-SA)
रेशम की गुणवत्ता को मापने के लिए, शोधकर्ताओं ने दोनों लिंगों की मकड़ियों से और प्रत्येक प्रजाति के विभिन्न जीवन चरणों में ड्रैगलाइन रेशम, जिसे प्रमुख एम्पुलेट रेशम भी कहा जाता है, एकत्र किया। प्रत्येक स्ट्रैंड को सावधानी से एक कार्डबोर्ड फ्रेम पर लगाया गया और तोड़ने से पहले उसकी ताकत, कठोरता और ऊर्जा को अवशोषित करने की क्षमता का परीक्षण करने के लिए फैलाया गया।
ड्रैगलाइन रेशम मकड़ी रेशम के सबसे महत्वपूर्ण प्रकारों में से एक है। नग्न आंखों के लिए लगभग अदृश्य, यह एक ओर्ब वेब की संरचनात्मक रीढ़ बनाता है और मकड़ियों के लिए सुरक्षा लाइनों, लंगर धागे और आपातकालीन भागने रस्सियों के रूप में कार्य करता है।
हालाँकि, इस रेशम का उत्पादन चयापचय की दृष्टि से महंगा है। ड्रैगलाइन रेशम बनाने वाले अमीनो एसिड को संश्लेषित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा भिन्न-भिन्न होती है; प्रोलीन जैसे कुछ, जो रेशम को लोचदार बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, विशेष रूप से महंगे हैं।
डार्विन की छाल मकड़ी के रेशम में इस प्रोटीन का असामान्य रूप से उच्च स्तर होता है, जो इसके असाधारण यांत्रिक गुणों को समझाता है लेकिन बदले में इसकी चयापचय लागत को बढ़ाता है।
गुणवत्ता और वास्तुकला
अध्ययन के परिणाम स्पष्ट थे: केवल बड़ी वयस्क मादाएं ही असाधारण रूप से सख्त रेशम का उत्पादन करती थीं। उनका रेशम पुरुषों या किशोरों द्वारा उत्पादित रेशम की तुलना में अधिक कठोर और टूटने से पहले कहीं अधिक यांत्रिक तनाव को अवशोषित करने में सक्षम था। वयस्क नर और किशोर नर और मादा का रेशम यांत्रिक रूप से अप्रभेद्य था।
अध्ययन में यह भी पाया गया कि वयस्क मादाएं उच्च प्रदर्शन वाले रेशम का उत्पादन तभी करती हैं जब यह जैविक रूप से आवश्यक हो। जैसे-जैसे मादाएं बड़ी हो जाती हैं और तेजी से बढ़ते शिकार को रोकने में सक्षम बड़े जाल बनाना शुरू कर देती हैं, वे बेहतर रेशम के निर्माण के लिए आवश्यक शारीरिक मशीनरी को ‘चालू’ कर देती हैं।
अध्ययन में रेशम की गुणवत्ता और वेब की वास्तुकला के बीच घनिष्ठ संबंध का भी पता चला। वयस्क मादा डार्विन की छाल मकड़ियाँ अधिक विरल जाल बनाती हैं, धागों के बीच व्यापक अंतराल के साथ, प्रति इकाई क्षेत्र में कम रेशम का उपयोग करती हैं। किफायती होने के बावजूद, ये जाले अत्यधिक प्रभावी हैं क्योंकि प्रत्येक धागा अपेक्षाकृत भारी ताकतों को अवशोषित कर सकता है। दूसरी ओर, किशोर और पुरुष चयापचय की दृष्टि से सस्ते और कमजोर रेशम से बने अधिक घने जाले बुनते हैं।
दिलचस्प बात यह है कि रेशम के सभी गुण आकार और लिंग के आधार पर भिन्न नहीं होते। उम्र या लिंग की परवाह किए बिना, सभी व्यक्तियों ने तुलनात्मक रूप से उच्च खिंचाव क्षमता वाले रेशम का उत्पादन किया, या रेशम को टूटने से पहले कितना खींचा जा सकता था। इसने सुझाव दिया कि जीनस की मकड़ियों के रेशम की लोच कैरोस्ट्रिस एक आनुवंशिक रूप से संरक्षित विशेषता है – जबकि अत्यधिक कठोरता को शरीर के आकार और पारिस्थितिक मांग के अनुसार समायोजित किया जाता है।
समय बनाम ऊर्जा
आणविक स्तर पर, रेशम के गुणों में अंतर प्रोटीन संरचना में परिवर्तन, प्रोटीन कैसे व्यवस्थित और क्रॉस-लिंक किए जाते हैं, और यहां तक कि मकड़ी के शरीर के अंदर रेशम को घुमाने वाली नलिकाओं के आकार और लंबाई से उत्पन्न होते हैं। सी. डार्विनी इसमें असामान्य रूप से लंबी और जटिल घूमने वाली नलिका होती है जिसके बारे में वैज्ञानिकों का मानना है कि यह रेशम प्रोटीन को असाधारण रूप से मजबूत रेशम फाइबर का उत्पादन करने की अनुमति दे सकता है।
हालाँकि, समझौता समय और ऊर्जा का है। मादा छाल मकड़ियाँ कुल मिलाकर कम रेशम पैदा करती हैं, अपने जाले को फिर से बनाने में अधिक समय लेती हैं, और मात्रा से अधिक गुणवत्ता में अधिक निवेश करती हैं।
“हमें लगता है कि बहुत सख्त रेशम विकसित हुआ क्योंकि इसे निर्मित विशाल जालों को संरचनात्मक रूप से सहारा देने के लिए इसकी आवश्यकता थी कैरोस्ट्रिस मकड़ियाँ, किसी विशिष्ट शिकार का शिकार करने के अनुकूलन के बजाय, “अध्ययन के प्रमुख लेखक और जोवन हाडज़ी इंस्टीट्यूट ऑफ बायोलॉजी, स्लोवेनिया के एक शोधकर्ता, मैटजाज़ ग्रेगोरीक ने कहा।
मकड़ी के विशिष्ट आवास में रणनीति लाभदायक होती है। सी. डार्विनी यह 25 मीटर तक चौड़े विशाल जाल बनाता है, जो नदियों और झीलों पर लटके होते हैं। ये हवाई जाल मकड़ी को अनुमति देते हैं। मक्खियों और भृंगों के झुंड को पकड़ने के लिए जो कुछ अन्य मकड़ियाँ कर सकती हैं।
डार्विन की छाल मकड़ियों में रेशम का उत्पादन यह सुनिश्चित करने के लिए विकसित हुआ है कि ऊर्जा का निवेश केवल वहीं किया जाए जहां यह अधिक जीवित रहने का लाभ दे सके। इस प्रकार इसके रेशम के असाधारण गुण शरीर के आकार, लिंग, पारिस्थितिकी और व्यवहार के बीच एक जटिल परस्पर क्रिया से उभरते हैं।
इप्सिता हर्लेकर एक स्वतंत्र विज्ञान लेखिका हैं।
