Chapter-05 Life Processes

How do we tell the difference between what is alive and what is not 1 alive? If we see a dog running, or a cow chewing cud, or a man shouting loudly on the street, we know that these are living beings. What if the dog or the cow or the man were asleep? We would still think that they were alive, but how did we know that? We see them breathing, and we know that they are alive. What about plants? How do we know that they are alive? We see them green, some of us will say. But what about plants that have leaves of colours other than green? They grow over time, so we know that they are alive, some will say. In other words, we tend to think of some sort of movement, either growth-related or not, as common evidence for being alive. But a plant that is not visibly growing is still alive, and some animals can breathe without visible movement. So using visible movement as the defining characteristic of life is not enough.

Movements over very small scales will be invisible to the naked eyemovements of molecules, for example. Is this invisible molecular movement necessary for life? If we ask this question to professional biologists, they will say yes. In fact, viruses do not show any molecular movement in them (until they infect some cell), and that is partly why there is a controversy about whether they are truly alive or not.

Why are molecular movements needed for life? We have seen in earlier classes that living organisms are well-organised structures; they can have tissues, tissues have cells, cells have smaller components in them, and so on. Because of the effects of the environment, this organised, ordered nature of living structures is very likely to keep breaking down over time. If order breaks down, the organism will no longer be alive. So living creatures must keep repairing and maintaining their structures. Since all these structures are made up of molecules, they must move molecules around all the time.

What are the maintenance processes in living organisms? Let us explore.

5.1 WHAT ARE LIFE PROCESSES?

The maintenance functions of living organisms must go on even when they are not doing anything particular. Even when we are just sitting in class, even if we are just asleep, this maintenance job has to go on. The processes which together perform this maintenance job are life processes.

Since these maintenance processes are needed to prevent damage and break-down, energy is needed for them. This energy comes from outside the body of the individual organism. So there must be a process to transfer a source of energy from outside the body of the organism, which we call food, to the inside, a process we commonly call nutrition. If the body size of the organisms is to grow, additional raw material will also be needed from outside. Since life on earth depends on carbonbased molecules, most of these food sources are also carbon-based. Depending on the complexity of these carbon sources, different organisms can then use different kinds of nutritional processes.

The outside sources of energy could be quite varied, since the environment is not under the control of the individual organism. These sources of energy, therefore, need to be broken down or built up in the body, and must be finally converted to a uniform source of energy that can be used for the various molecular movements needed for maintaining living structures, as well as to the kind of molecules the body needs to grow. For this, a series of chemical reactions in the body are necessary. Oxidising-reducing reactions are some of the most common chemical means to break-down molecules. For this, many organisms use oxygen sourced from outside the body. The process of acquiring oxygen from outside the body, and to use it in the process of break-down of food sources for cellular needs, is what we call respiration.

In the case of a single-celled organism, no specific organs for taking in food, exchange of gases or removal of wastes may be needed because the entire surface of the organism is in contact with the environment. But what happens when the body size of the organism increases and the body design becomes more complex? In multi-cellular organisms, all the cells may not be in direct contact with the surrounding environment. Thus, simple diffusion will not meet the requirements of all the cells.

We have seen previously how, in multi-cellular organisms, various body parts have specialised in the functions they perform. We are familiar with the idea of these specialised tissues, and with their organisation in the body of the organism. It is therefore not surprising that the uptake of food and of oxygen will also be the function of specialised tissues. However, this poses a problem, since the food and oxygen are now taken up at one place in the body of the organisms, while all parts of the body need them. This situation creates a need for a transportation system for carrying food and oxygen from one place to another in the body.

When chemical reactions use the carbon source and the oxygen for energy generation, they create by-products that are not only useless for the cells of the body, but could even be harmful. These waste byproducts are therefore needed to be removed from the body and discarded outside by a process called excretion. Again, if the basic rules for body design in multi-cellular organisms are followed, a specialised tissue for excretion will be developed, which means that the transportation system will need to transport waste away from cells to this excretory tissue.

Let us consider these various processes, so essential to maintain life, one by one.

Questions

1.. Why is diffusion insufficient to meet the oxygen requirements of multicellular organisms like humans?

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Answer

Multicellular organisms such as humans possess complex body designs. They have specialised cells and tissues for performing various necessary functions of the body such as intake of food and oxygen. Unlike unicellular organisms, multicellular cells are not in direct contact with the outside environment. Therefore, diffusion cannot meet their oxygen requirements.

2. What criteria do we use to decide whether something is alive?

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Answer

Any visible movement such as walking, breathing, or growing is generally used to decide whether something is alive or not. However, a living organism can also have movements, which are not visible to the naked eye. Therefore, the presence of life processes is a fundamental criterion that can be used to decide whether something is alive or not.

3. What are outside raw materials used for by an organism?

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An organism uses outside raw materials mostly in the form of food and oxygen. The raw materials required by an organism can be quite varied depending on the complexity of the organism and its environment.

4. What processes would you consider essential for maintaining life?

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Life processes such as nutrition, respiration, transportation, excretion, etc. are essential for maintaining life.

5.2 NUTRITION

When we walk or ride a bicycle, we are using up energy. Even when we are not doing any apparent activity, energy is needed to maintain a state of order in our body. We also need materials from outside in order to grow, develop, synthesise protein and other substances needed in the body. This source of energy and materials is the food we eat.

How do living things get their food?

The general requirement for energy and materials is common in all organisms, but it is fulfilled in different ways. Some organisms use simple food material obtained from inorganic sources in the form of carbon dioxide and water. These organisms, the autotrophs, include green plants and some bacteria. Other organisms utilise complex substances. These complex substances have to be broken down into simpler ones before they can be used for the upkeep and growth of the body. To achieve this, organisms use bio-catalysts called enzymes. Thus, the heterotrophs survival depends directly or indirectly on autotrophs. Heterotrophic organisms include animals and fungi.

5.2.1 Autotrophic Nutrition

Carbon and energy requirements of the autotrophic organism are fulfilled by photosynthesis. It is the process by which autotrophs take in substances from the outside and convert them into stored forms of energy. This material is taken in the form of carbon dioxide and water which is converted into carbohydrates in the presence of sunlight and chlorophyll. Carbohydrates are utilised for providing energy to the plant. We will study how this takes place in the next section. The carbohydrates which are not used immediately are stored in the form of starch, which serves as the internal energy reserve to be used as and when required by the plant. A somewhat similar situation is seen in us where some of the energy derived from the food we eat is stored in our body in the form of glycogen.

$6 \mathrm{CO}_2+12 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}=\dfrac{\text { Chlorophyll }}{\text { Sunlight }}=\underset{\text { (Glucose) }}{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}+6 \mathrm{O} _2+6 \mathrm{H} _2 \mathrm{O}$

Let us now see what actually happens during the process of photosynthesis. The following events occur during this process -

Figure 5.1 Cross-section of a leaf

(i) Absorption of light energy by chlorophyll.

(ii) Conversion of light energy to chemical energy and splitting of water molecules into hydrogen and oxygen.

(iii) Reduction of carbon dioxide to carbohydrates.

These steps need not take place one after the other immediately. For example, desert plants take up carbon dioxide at night and prepare an intermediate which is acted upon by the energy absorbed by the chlorophyll during the day.

Let us see how each of the components of the above reaction are necessary for photosynthesis.

If you carefully observe a cross-section of a leaf under the microscope (shown in Fig. 5.1), you will notice that some cells contain green dots. These green dots are cell organelles called chloroplasts which contain chlorophyll. Let us do an activity which demonstrates that chlorophyll is essential for photosynthesis.

Figure 5.2 Variegated leaf (a) before and (b) after starch test

Activity 5.1

  • Take a potted plant with variegated leaves - for example, money plant or crotons.
  • Keep the plant in a dark room for three days so that all the starch gets used up.
  • Now keep the plant in sunlight for about six hours.
  • Pluck a leaf from the plant. Mark the green areas in it and trace them on a sheet of paper.
  • Dip the leaf in boiling water for a few minutes.
  • After this, immerse it in a beaker containing alcohol.
  • Carefully place the above beaker in a water-bath and heat till the alcohol begins to boil.
  • What happens to the colour of the leaf? What is the colour of the solution?
  • Now dip the leaf in a dilute solution of iodine for a few minutes.
  • Take out the leaf and rinse off the iodine solution.
  • Observe the colour of the leaf and compare this with the tracing of the leaf done in the beginning (Fig. 5.2).
  • What can you conclude about the presence of starch in various areas of the leaf?

Now, let us study how the plant obtains carbon dioxide. In Class IX, we had talked about stomata (Fig. 5.3) which are tiny pores present on the surface of the leaves. Massive amounts of gaseous exchange takes place in the leaves through these pores for the purpose of photosynthesis. But it is important to note here that exchange of gases occurs across the surface of stems, roots and leaves as well. Since large amounts of water can also be lost through these stomata, the plant closes these pores when it does not need carbon dioxide for photosynthesis. The opening and closing of the pore is a function of the guard cells. The guard cells swell when water flows into them, causing the stomatal pore to open. Similarly the pore closes if the guard cells shrink.

(a)

(b)

Figure 5.3 (a) Open and (b) closed stomatal pore

Activity 5.2

  • Take two healthy potted plants which are nearly the same size.
  • Keep them in a dark room for three days.
  • Now place each plant on separate glass plates. Place a watch-glass containing potassium hydroxide by the side of one of the plants. The potassium hydroxide is used to absorb carbon dioxide.
  • Cover both plants with separate bell-jars as shown in Fig. 5.4.
  • Use vaseline to seal the bottom of the jars to the glass plates so that the set-up is air-tight.
  • Keep the plants in sunlight for about two hours.
  • Pluck a leaf from each plant and check for the presence of starch as in the above activity.
  • Do both the leaves show the presence of the same amount of starch?
  • What can you conclude from this activity?

Figure 5.4 Experimental set-up (a) with potassium hydroxide (b) without potassium hydroxide

Based on the two activities performed above, can we design an experiment to demonstrate that sunlight is essential for photosynthesis?

So far, we have talked about how autotrophs meet their energy requirements. But they also need other raw materials for building their body. Water used in photosynthesis is taken up from the soil by the roots in terrestrial plants. Other materials like nitrogen, phosphorus, iron and magnesium are taken up from the soil. Nitrogen is an essential element used in the synthesis of proteins and other compounds. This is taken up in the form of inorganic nitrates or nitrites. Or it is taken up as organic compounds which have been prepared by bacteria from atmospheric nitrogen.

5.2.2 Heterotrophic Nutrition

Each organism is adapted to its environment. The form of nutrition differs depending on the type and availability of food material as well as how it is obtained by the organism. For example, whether the food source is stationary (such as grass) or mobile (such as a deer), would allow for differences in how the food is accessed and what is the nutritive apparatus used by a cow and a lion. There is a range of strategies by which the food is taken in and used by the organism. Some organisms break-down the food material outside the body and then absorb it. Examples are fungi like bread moulds, yeast and mushrooms. Others take in whole material and break it down inside their bodies. What can be taken in and broken down depends on the body design and functioning. Some other organisms derive nutrition from plants or animals without killing them. This parasitic nutritive strategy is used by a wide variety of organisms like cuscuta (amar-bel), ticks, lice, leeches and tape-worms.

5.2.3 How do Organisms obtain their Nutrition?

Since the food and the way it is obtained differ, the digestive system is different in various organisms. In single-celled organisms, the food may be taken in by the entire surface. But as the complexity of the organism increases, different parts become specialised to perform different functions. For example, Amoeba takes in food using temporary finger-like extensions of the cell surface which fuse over the food particle forming a food-vacuole (Fig. 5.5). Inside the foodvacuole, complex substances are broken down into simpler ones which then diffuse into the cytoplasm. The remaining undigested material is moved to the surface of the cell and thrown out. In Paramoecium, which is also a unicellular organism, the cell has a definite shape and food is taken in at a specific spot. Food is moved to this spot by the movement of cilia which cover the entire surface of the cell.

Figure 5.5 Nutrition in Amoeba

5.2.4 Nutrition in Human Beings

The alimentary canal is basically a long tube extending from the mouth to the anus. In Fig. 5.6, we can see that the tube has different parts. Various regions are specialised to perform different functions. What happens to the food once it enters our body? We shall discuss this process here.

Activity 5.3

  • Take $1 mL$ starch solution (1%) in two test tubes (A and B).
  • Add $1 mL$ saliva to test tube $A$ and leave both test tubes undisturbed for 20-30 minutes.
  • Now add a few drops of dilute iodine solution to the test tubes.
  • In which test tube do you observe a colour change?
  • What does this indicate about the presence or absence of starch in the two test tubes?
  • What does this tell us about the action of saliva on starch?

We eat various types of food which has to pass through the same digestive tract. Naturally the food has to be processed to generate particles which are small and of the same texture. This is achieved by crushing the food with our teeth. Since the lining of the canal is soft, the food is also wetted to make its passage smooth. When we eat something we like, our mouth ‘waters’. This is actually not only water, but a fluid called saliva secreted by the salivary glands. Another aspect of the food we ingest is its complex nature. If it is to be absorbed from the alimentary canal, it has to be broken into smaller molecules. This is done with the help of biological catalysts called enzymes. The saliva contains an enzyme called salivary amylase that breaks down starch which is a complex molecule to give simple sugar. The food is mixed thoroughly with saliva and moved around the mouth while chewing by the muscular tongue.

It is necessary to move the food in a regulated manner along the digestive tube so that it can be processed properly in each part. The lining of canal has muscles that contract rhythmically in order to push the food forward. These peristaltic movements occur all along the gut.

From the mouth, the food is taken to the stomach through the food-pipe or oesophagus. The stomach is a large organ which expands when food enters it. The muscular walls of the stomach help in mixing the food thoroughly with more digestive juices.

Figure 5.6 Human alimentary canal

The digestion in stomach is taken care of by the gastric glands present in the wall of the stomach. These release hydrochloric acid, a protein digesting enzyme called pepsin, and mucus. The hydrochloric acid creates an acidic medium which facilitates the action of the enzyme pepsin. What other function do you think is served by the acid? The mucus protects the inner lining of the stomach from the action of the acid under normal conditions. We have often heard adults complaining about ‘acidity’. Can this be related to what has been discussed above?

The exit of food from the stomach is regulated by a sphincter muscle which releases it in small amounts into the small intestine. From the stomach, the food now enters the small intestine. This is the longest part of the alimentary canal which is fitted into a compact space because of extensive coiling. The length of the small intestine differs in various animals depending on the food they eat. Herbivores eating grass need a longer small intestine to allow the cellulose to be digested. Meat is easier to digest, hence carnivores like tigers have a shorter small intestine.

The small intestine is the site of the complete digestion of carbohydrates, proteins and fats. It receives the secretions of the liver and pancreas for this purpose. The food coming from the stomach is acidic and has to be made alkaline for the pancreatic enzymes to act. Bile juice from the liver accomplishes this in addition to acting on fats. Fats are present in the intestine in the form of large globules which makes it difficult for enzymes to act on them. Bile salts break them down into smaller globules increasing the efficiency of enzyme action. This is similar to the emulsifying action of soaps on dirt that we have learnt about in Chapter 4. The pancreas secretes pancreatic juice which contains enzymes like trypsin for digesting proteins and lipase for breaking down emulsified fats. The walls of the small intestine contain glands which secrete intestinal juice. The enzymes present in it finally convert the proteins to amino acids, complex carbohydrates into glucose and fats into fatty acids and glycerol.

Digested food is taken up by the walls of the intestine. The inner lining of the small intestine has numerous finger-like projections called villi which increase the surface area for absorption. The villi are richly supplied with blood vessels which take the absorbed food to each and every cell of the body, where it is utilised for obtaining energy, building up new tissues and the repair of old tissues.

The unabsorbed food is sent into the large intestine where its wall absorb more water from this material. The rest of the material is removed from the body via the anus. The exit of this waste material is regulated by the anal sphincter.

More to know!

Dental caries

Dental caries or tooth decay causes gradual softening of enamel and dentine. It begins when bacteria acting on sugars produce acids that softens or demineralises the enamel. Masses of bacterial cells together with food particles stick to the teeth to form dental plaque. Saliva cannot reach the tooth surface to neutralise the acid as plaque covers the teeth. Brushing the teeth after eating removes the plaque before the bacteria produce acids. If untreated, microorganisms may invade the pulp, causing inflammation and infection.

Questions

1. What are the differences between autotrophic nutrition and heterotrophic nutrition?

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Autotrophic nutrition Heterotrophic nutrition
(i) Food is synthesised from simple inorganic raw materials such as $CO_2$and water. (i) Food is obtained directly or indirectly from autotrophs. This food is broken down with the help of enzymes.
(ii) Presence of green pigment (chlorophyll) is necessary. (ii) No pigment is required in this type of nutrition.
(iii)Food is generally prepared during day time. (iii)Food can be prepared at all times.
(iv)All green plants and some bacteria have this type of nutrition. (iv)All animals and fungi have this type of nutrition.

2. Where do plants get each of the raw materials required for photosynthesis?

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Answer

The following raw materials are required for photosynthesis:

  • The raw material $CO_2$ enters from the atmosphere through stomata.
  • Water is absorbed from the soil by the plant roots.
  • Sunlight, an important component to manufacture food, is absorbed by the chlorophyll and other green parts of the plants.

3. What is the role of the acid in our stomach?

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The hydrochloric acid present in our stomach dissolves bits of food and creates an acidic medium. In this acidic medium, enzyme pepsinogen is converted to pepsin, which is a proteindigesting enzyme.

4. What is the function of digestive enzymes?

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Digestive enzymes such as amylase, lipase, pepsin, trypsin, etc. help in the breaking down of complex food particles into simple ones. These simple particles can be easily absorbed by the blood and thus transported to all the cells of the body.

5. How is the small intestine designed to absorb digested food?

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The small intestine has millions of tiny finger-like projections called villi. These villi increase the surface area for more efficient food absorption. Within these villi, many blood vessels are present that absorb the digested food and carry it to the blood stream. From the blood stream, the absorbed food is delivered to each and every cell of the body.

Enlarged view of a villus

5.3 RESPIRATION

Activity 5.4

  • Take some freshly prepared lime water in a test tube.
  • Blow air through this lime water.
  • Note how long it takes for the lime water to turn milky.
  • Use a syringe or pichkari to pass air through some fresh lime water taken in another test tube (Fig. 5.7).
  • Note how long it takes for this lime water to turn milky.
  • What does this tell us about the amount of carbon dioxide in the air that we breathe out?

Figure 5.7

(a) Air being passed into lime water with a pichkari/ syringe.

(b) air being exhaled into lime water.

Activity 5.5

  • Take some fruit juice or sugar solution and add some yeast to this. Take this mixture in a test tube fitted with a one-holed cork.
  • Fit the cork with a bent glass tube. Dip the free end of the glass tube into a test tube containing freshly prepared lime water.
  • What change is observed in the lime water and how long does it take for this change to occur?
  • What does this tell us about the products of fermentation?

We have discussed nutrition in organisms in the last section. The food material taken in during the process of nutrition is used in cells to provide energy for various life processes. Diverse organisms do this in different ways - some use oxygen to break-down glucose completely into carbon dioxide and water, some use other pathways that do not involve oxygen (Fig. 5.8). In all cases, the first step is the break-down of glucose, a six-carbon molecule, into a three-carbon molecule called pyruvate. This process takes place in the cytoplasm. Further, the pyruvate may be converted into ethanol and carbon dioxide. This process takes place in yeast during fermentation. Since this process takes place in the absence of air (oxygen), it is called anaerobic respiration. Breakdown of pyruvate using oxygen takes place in the mitochondria. This process breaks up the three-carbon pyruvate molecule to give three molecules of carbon dioxide. The other product is water. Since this process takes place in the presence of air (oxygen), it is called aerobic respiration. The release of energy in this aerobic process is a lot greater than in the anaerobic process. Sometimes, when there is a lack of oxygen in our muscle cells, another pathway for the break-down of pyruvate is taken. Here the pyruvate is converted into lactic acid which is also a three-carbon molecule. This build-up of lactic acid in our muscles during sudden activity causes cramps.

Figure 5.8 Break-down of glucose by various pathways

The energy released during cellular respiration is immediately used to synthesise a molecule called ATP which is used to fuel all other activities in the cell. In these processes, ATP is broken down giving rise to a fixed amount of energy which can drive the endothermic reactions taking place in the cell.

More to know!

ATP

ATP is the energy currency for most cellular processes. The energy released during the process of respiration is used to make an ATP molecule from ADP and inorganic phosphate.

$ ADP+(P) \xrightarrow{\text{ Energy }} ADP \sim (P)=ATP $

$(P)$ : Phosphate

Endothermic processes in the cell then use this ATP to drive the reactions. When the terminal phosphate linkage in ATP is broken using water, the energy equivalent to $30.5 kJ / mol$ is released.
Think of how a battery can provide energy for many different kinds of uses. It can be used to obtain mechanical energy, light energy, electrical energy and so on. Similarly, ATP can be used in the cells for the contraction of muscles, protein synthesis, conduction of nervous impulses and many other activities.

Since the aerobic respiration pathway depends on oxygen, aerobic organisms need to ensure that there is sufficient intake of oxygen. We have seen that plants exchange gases through stomata, and the large inter-cellular spaces ensure that all cells are in contact with air. Carbon dioxide and oxygen are exchanged by diffusion here. They can go into cells, or away from them and out into the air. The direction of diffusion depends upon the environmental conditions and the requirements of the plant. At night, when there is no photosynthesis occurring, $CO_2$ elimination is the major exchange activity going on. During the day, $CO_2$ generated during respiration is used up for photosynthesis, hence there is no $CO_2$ release. Instead, oxygen release is the major event at this time.

Animals have evolved different organs for the uptake of oxygen from the environment and for getting rid of the carbon dioxide produced. Terrestrial animals can breathe the oxygen in the atmosphere, but animals that live in water need to use the oxygen dissolved in water.

Activity 5.6

  • Observe fish in an aquarium. They open and close their mouths and the gill-slits (or the operculum which covers the gill-slits) behind their eyes also open and close. Are the timings of the opening and closing of the mouth and gill-slits coordinated in some manner?
  • Count the number of times the fish opens and closes its mouth in a minute.
  • Compare this to the number of times you breathe in and out in a minute.

Since the amount of dissolved oxygen is fairly low compared to the amount of oxygen in the air, the rate of breathing in aquatic organisms is much faster than that seen in terrestrial organisms. Fishes take in water through their mouths and force it past the gills where the dissolved oxygen is taken up by blood.

Terrestrial organisms use the oxygen in the atmosphere for respiration. This oxygen is absorbed by different organs in different animals. All these organs have a structure that increases the surface area which is in contact with the oxygen-rich atmosphere. Since the exchange of oxygen and carbon dioxide has to take place across this surface, this surface is very fine and delicate. In order to protect this surface, it is usually placed within the body, so there have to be passages that will take air to this area. In addition, there is a mechanism for moving the air in and out of this area where the oxygen is absorbed.

In human beings (Fig. 5.9), air is taken into the body through the nostrils. The air passing through the nostrils is filtered by fine hairs that line the passage. The passage is also lined with mucus which helps in this process. From here, the air passes through the throat and into the lungs. Rings of cartilage are present in the throat. These ensure that the air-passage does not collapse.

More to know!

Using tobacco directly or any product of tobacco in the form of cigar, cigarettes, bidis, hookah, gutkha, etc., is harmful. Use of tobacco most commonly affects the tongue, lungs, heart and liver. Smokeless tobacco isalso a major risk factor for heart attacks, strokes, pulmonary diseases and several forms of cancers. There is a high incidence of oral cancer in India due to the chewing of tobacco in the form of gutkha. Stay healthy; just say NO to tobacco and its products!

Figure 5.9 Human respiratory system

Do You Know?

Smoking is injurious to health.

Lung cancer is one of common causes of deaths in the world. The upper part of respiratory tract is provided with small hair-like structures called cilia. These cilia help to remove germs, dust and other harmful particles from inhaled air. Smoking destroys these hair due to which germs, dust, smoke and other harmful chemicals enter lungs and cause infection, cough and even lung cancer.

Within the lungs, the passage divides into smaller and smaller tubes which finally terminate in balloon-like structures which are called alveoli (singular-alveolus). The alveoli provide a surface where the exchange of gases can take place. The walls of the alveoli contain an extensive network of blood-vessels. As we have seen in earlier years, when we breathe in, we lift our ribs and flatten our diaphragm, and the chest cavity becomes larger as a result. Because of this, air is sucked into the lungs and fills the expanded alveoli. The blood brings carbon dioxide from the rest of the body for release into the alveoli, and the oxygen in the alveolar air is taken up by blood in the alveolar blood vessels to be transported to all the cells in the body. During the breathing cycle, when air is taken in and let out, the lungs always contain a residual volume of air so that there is sufficient time for oxygen to be absorbed and for the carbon dioxide to be released.

When the body size of animals is large, the diffusion pressure alone cannot take care of oxygen delivery to all parts of the body. Instead, respiratory pigments take up oxygen from the air in the lungs and carry it to tissues which are deficient in oxygen before releasing it. In human beings, the respiratory pigment is haemoglobin which has a very high affinity for oxygen. This pigment is present in the red blood corpuscles. Carbon dioxide is more soluble in water than oxygen is and hence is mostly transported in the dissolved form in our blood.

Do you know?

  • If the alveolar surface were spread out, it would cover about 80 m2 How much do you think the surface area of your body is? Consider how efficient exchange of gases becomes because of the large surface available for the exchange to take place.
  • If diffusion were to move oxygen in our body, it is estimated that it would take 3 years for a molecule of oxygen to get to our toes from our lungs. Aren’t you glad that we have haemoglobin?

Questions

1. What advantage over an aquatic organism does a terrestrial organism have with regard to obtaining oxygen for respiration?

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Answer

Terrestrial organisms take up oxygen from the atmosphere whereas aquatic animals need to utilize oxygen present in the water. Air contains more $O_2$ as compared to water. Since the content of $O_2$ in air is high, the terrestrial animals do not have to breathe faster to get more oxygen. Therefore, unlike aquatic animals, terrestrial animals do not have to show various adaptations for better gaseous exchange.

2. What are the different ways in which glucose is oxidised to provide energy in various organisms?

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Answer

Glucose is first broken down in the cell cytoplasm into a three carbon molecule called pyruvate. Pyruvate is further broken down by different ways to provide energy. The breakdown of glucose by different pathways can be illustrated as follows.

In yeast and human muscle cells, the breakdown of pyruvate occurs in the absence of oxygen whereas in mitochondria, the breakdown of pyruvate occurs in the presence of oxygen.

3. How is oxygen and carbon dioxide transported in human beings?

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Answer

Haemoglobin transports oxygen molecule to all the body cells for cellular respiration. The haemoglobin pigment present in the blood gets attached to four $O_2$ molecules that are obtained from breathing. It thus forms oxyhaemoglobin and the blood becomes oxygenated. This oxygenated blood is then distributed to all the body cells by the heart. After giving away $O_2$ to the body cells, blood takes away $CO_2$ which is the end product of cellular respiration. Now the blood becomes de-oxygenated.

Since haemoglobin pigment has less affinity for $CO 2, CO 2$ is mainly transported in the dissolved form. This de-oxygenated blood gives $CO_2$ to lung alveoli and takes $O_2$ in return.

Transportation of $O_2$ and $CO_2$ in blood

4. How are the lungs designed in human beings to maximise the area for exchange of gases?

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Answer

The exchange of gases takes place between the blood of the capillaries that surround the alveoli and the gases present in the alveoli. Thus, alveoli are the site for exchange of gases. The lungs get filled up with air during the process of inhalation as ribs are lifted up and diaphragm is flattened. The air that is rushed inside the lungs fills the numerous alveoli present in the lungs.

Each lung contains 300-350 million alveoli. These numerous alveoli increase the surface area for gaseous exchange making the process of respiration more efficient.

5.4 TRANSPORTATION

5.4.1 Transportation in Human Beings

Activity 5.7

  • Visit a health centre in your locality and find out what is the normal range of haemoglobin content in human beings.
  • Is it the same for children and adults?
  • Is there any difference in the haemoglobin levels for men and women?
  • Visit a veterinary clinic in your locality. Find out what is the normal range of haemoglobin content in an animal like the buffalo or cow.
  • Is this content different in calves, male and female animals?
  • Compare the difference seen in male and female human beings and animals.
  • How would the difference, if any, be explained?

We have seen in previous sections that blood transports food, oxygen and waste materials in our bodies. In Class IX, we learnt about blood being a fluid connective tissue. Blood consists of a fluid medium called plasma in which the cells are suspended. Plasma transports food, carbon dioxide and nitrogenous wastes in dissolved form. Oxygen is carried by the red blood corpuscles. Many other substances like salts, are also transported by the blood. We thus need a pumping organ to push blood around the body, a network of tubes to reach all the tissues and a system in place to ensure that this network can be repaired if damaged.

Our pump - the heart

The heart is a muscular organ which is as big as our fist (Fig. 5.10). Because both oxygen and carbon dioxide have to be transported by the blood, the heart has different chambers to prevent the oxygen-rich blood from mixing with the blood containing carbon dioxide. The carbon dioxide-rich blood has to reach the lungs for the carbon dioxide to be removed, and the oxygenated blood from the lungs has to be brought back to the heart. This oxygen-rich blood is then pumped to the rest of the body.

Figure 5.10 Schematic sectional view of the human heart

We can follow this process step by step (Fig. 5.11). Oxygen-rich blood from the lungs comes to the thin-walled upper chamber of the heart on the left, the left atrium. The left atrium relaxes when it is collecting this blood. It then contracts, while the next chamber, the left ventricle, relaxes, so that the blood is transferred to it. When the muscular left ventricle contracts in its turn, the blood is pumped out to the body. De-oxygenated blood comes from the body to the upper chamber on the right, the right atrium, as it relaxes. As the right atrium contracts, the corresponding lower chamber, the right ventricle, dilates. This transfers blood to the right ventricle, which in turn pumps it to the lungs for oxygenation. Since ventricles have to pump blood into various organs, they have thicker muscular walls than the atria do. Valves ensure that blood does not flow backwards when the atria or ventricles contract.

Oxygen enters the blood in the lungs

The separation of the right side and the left side of the heart is useful to keep oxygenated and deoxygenated blood from mixing. Such separation allows a highly efficient supply of oxygen to the body. This is useful in animals that have high energy needs, such as birds and mammals, which constantly use energy to maintain their body temperature. In animals that do not use energy for this purpose, the body temperature depends on the temperature in the environment. Such animals, like amphibians or many reptiles have three-chambered hearts, and tolerate some mixing of the oxygenated and de-oxygenated blood streams. Fishes, on the other hand, have only two chambers to their hearts, and the blood is pumped to the gills, is oxygenated there, and passes directly to the rest of the body. Thus, blood goes only once through the heart in the fish during one cycle of passage through the body. On the other hand, it goes through the heart twice during each cycle in other vertebrates. This is known as double circulation.

Figure 5.11 Schematic representation of transport and exchange of oxygen and carbon dioxide

More to know!

Blood pressure

The force that blood exerts against the wall of a vessel is called blood pressure. This pressure is much greater in arteries than in veins. The pressure of blood inside the artery during ventricular systole (contraction) is called systolic pressure and pressure in artery during ventricular diastole (relaxation) is called diastolic pressure. The normal systolic pressure is about 120 mm of Hg and diastolic pressure is 80 mm of Hg.

Blood pressure is measured with an instrument called sphygmomanometer. High blood pressure is also called hypertension and is caused by the constriction of arterioles, which results in increased resistance to blood flow. It can lead to the rupture of an artery and internal bleeding.

The tubes - blood vessels

Arteries are the vessels which carry blood away from the heart to various organs of the body. Since the blood emerges from the heart under high pressure, the arteries have thick, elastic walls. Veins collect the blood from different organs and bring it back to the heart. They do not need thick walls because the blood is no longer under pressure, instead they have valves that ensure that the blood flows only in one direction.

On reaching an organ or tissue, the artery divides into smaller and smaller vessels to bring the blood in contact with all the individual cells. The smallest vessels have walls which are one-cell thick and are called capillaries. Exchange of material between the blood and surrounding cells takes place across this thin wall. The capillaries then join together to form veins that convey the blood away from the organ or tissue.

Maintenance by platelets

What happens if this system of tubes develops a leak? Think about situations when we are injured and start bleeding. Naturally the loss of blood from the system has to be minimised. In addition, leakage would lead to a loss of pressure which would reduce the efficiency of the pumping system. To avoid this, the blood has platelet cells which circulate around the body and plug these leaks by helping to clot the blood at these points of injury.

Lymph

There is another type of fluid also involved in transportation. This is called lymph or tissue fluid. Through the pores present in the walls of capillaries some amount of plasma, proteins and blood cells escape into intercellular spaces in the tissues to form the tissue fluid or lymph. It is similar to the plasma of blood but colourless and contains less protein. Lymph drains into lymphatic capillaries from the intercellular spaces, which join to form large lymph vessels that finally open into larger veins. Lymph carries digested and absorbed fat from intestine and drains excess fluid from extra cellular space back into the blood.

5.4.2 Transportation in Plants

We have discussed earlier how plants take in simple compounds such as $CO_2$ and photosynthesise energy stored in their chlorophyll-containing organs, namely leaves. The other kinds of raw materials needed for building plant bodies will also have to be taken up separately. For plants, the soil is the nearest and richest source of raw materials like nitrogen, phosphorus and other minerals. The absorption of these substances therefore occurs through the part in contact with the soil, namely roots. If the distances between soil-contacting organs and chlorophyllcontaining organs are small, energy and raw materials can easily diffuse to all parts of the plant body. But if these distances become large because of changes in plant body design, diffusion processes will not be sufficient to provide raw material in leaves and energy in roots. A proper system of transportation is therefore essential in such situations.

Energy needs differ between different body designs. Plants do not move, and plant bodies have a large proportion of dead cells in many tissues. As a result, plants have low energy needs, and can use relatively slow transport systems. The distances over which transport systems have to operate, however, can be very large in plants such as very tall trees.

Plant transport systems will move energy stores from leaves and raw materials from roots. These two pathways are constructed as independently organised conducting tubes. One, the xylem moves water and minerals obtained from the soil. The other, phloem transports products of photosynthesis from the leaves where they are synthesised to other parts of the plant. We have studied the structure of these tissues in detail in Class IX.

Transport of water

In xylem tissue, vessels and tracheids of the roots, stems and leaves are interconnected to form a continuous system of water-conducting channels reaching all parts of the plant. At the roots, cells in contact with the soil actively take up ions. This creates a difference in the concentration of these ions between the root and the soil. Water, therefore, moves into the root from the soil to eliminate this difference. This means that there is steady movement of water into root xylem, creating a column of water that is steadily pushed upwards.

However, this pressure by itself is unlikely to be enough to move water over the heights that we commonly see in plants. Plants use another strategy to move water in the xylem upwards to the highest points of the plant body.

Activity 5.8

  • Take two small pots of approximately the same size and having the same amount of soil. One should have a plant in it. Place a stick of the same height as the plant in the other pot.
  • Cover the soil in both pots with a plastic sheet so that moisture cannot escape by evaporation.
  • Cover both sets, one with the plant and the other with the stick, with plastic sheets and place in bright sunlight for half an hour.
  • Do you observe any difference in the two cases?

Provided that the plant has an adequate supply of water, the water which is lost through the stomata is replaced by water from the xylem vessels in the leaf. In fact, evaporation of water molecules from the cells of a leaf creates a suction which pulls water from the xylem cells of roots. The loss of water in the form of vapour from the aerial parts of the plant is known as transpiration.

Thus, transpiration helps in the absorption and upward movement of water and minerals dissolved in it from roots to the leaves. It also helps in temperature regulation. The effect of root pressure in transport of water is more important at night. During the day when the stomata are open, the transpiration pull becomes the major driving force in the movement of water in the xylem.

Figure 5.12 Movement of water during transpiration in a tree

Transport of food and other substances

So far we have discussed the transport of water and minerals in plants. Now let us consider how the products of metabolic processes, particularly photosynthesis, are moved from leaves, where they are formed, to other parts of the plant. This transport of soluble products of photosynthesis is called translocation and it occurs in the part of the vascular tissue known as phloem. Besides the products of photosynthesis, the phloem transports amino acids and other substances. These substances are especially delivered to the storage organs of roots, fruits and seeds and to growing organs. The translocation of food and other substances takes place in the sieve tubes with the help of adjacent companion cells both in upward and downward directions.

Unlike transport in xylem which can be largely explained by simple physical forces, the translocation in phloem is achieved by utilising energy. Material like sucrose is transferred into phloem tissue using energy from ATP. This increases the osmotic pressure of the tissue causing water to move into it. This pressure moves the material in the phloem to tissues which have less pressure. This allows the phloem to move material according to the plant’s needs. For example, in the spring, sugar stored in root or stem tissue would be transported to the buds which need energy to grow.

Questions

1. What are the components of the transport system in human beings? What are the functions of these components?

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Answer

The main components of the transport system in human beings are the heart, blood, and blood vessels.

  • Heart pumps oxygenated blood throughout the body. It receives deoxygenated blood from the various body parts and sends this impure blood to the lungs for oxygenation.

  • Being a fluid connective tissue, blood helps in the transport of oxygen, nutrients, $CO_2$, and nitrogenous wastes.

  • The blood vessels (arteries, veins, and capillaries) carry blood either away from the heart to various organs or from various organs back to the heart.

2. Why is it necessary to separate oxygenated and deoxygenated blood in mammals and birds?

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Answer

Warm-blooded animals such as birds and mammals maintain a constant body temperature by cooling themselves when they are in a hotter environment and by warming their bodies when they are in a cooler environment. Hence, these animals require more oxygen ($O_2$) for more cellular respiration so that they can produce more energy to maintain their body temperature.

Thus, it is necessary for them to separate oxygenated and de-oxygenated blood, so that their circulatory system is more efficient and can maintain their constant body temperature.

3. What are the components of the transport system in highly organised plants ?

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Answer

In highly organised plants, there are two different types of conducting tissues - xylem and phloem. Xylem conducts water and minerals obtained from the soil (via roots) to the rest of the plant. Phloem transports food materials from the leaves to different parts of the plant body.

4. How are water and minerals transported in plants?

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Answer

The components of xylem tissue (tracheids and vessels) of roots, stems, and leaves are interconnected to form a continuous system of water-conducting channels that reaches all parts of the plant. Transpiration creates a suction pressure, as a result of which water is forced into the xylem cells of the roots. Then there is a steady movement of water from the root xylem to all the plant parts through the interconnected water-conducting channels.

Components of xylem tissue

5. How is food transported in plants?

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5.5 EXCRETION

We have already discussed how organisms get rid of gaseous wastes generated during photosynthesis or respiration. Other metabolic activities generate nitrogenous materials which need to be removed. The biological process involved in the removal of these harmful metabolic wastes from the body is called excretion. Different organisms use varied strategies to do this. Many unicellular organisms remove these wastes by simple diffusion from the body surface into the surrounding water. As we have seen in other processes, complex multi-cellular organisms use specialised organs to perform the same function.

5.5.1 Excretion in Human Beings

The excretory system of human beings (Fig. 5.13) includes a pair of kidneys, a pair of ureters, a urinary bladder and a urethra. Kidneys are located in the abdomen, one on either side of the backbone. Urine produced in the kidneys passes through the ureters into the urinary bladder where it is stored until it is released through the urethra.

Figure 5.13 Excretory system in human beings

How is urine produced? The purpose of making urine is to filter out waste products from the blood. Just as $CO_2$ is removed from the blood in the lungs, nitrogenous waste such as urea or uric acid are removed from blood in the kidneys. It is then no surprise that the basic filtration unit in the kidneys, like in the lungs, is a cluster of very thin-walled blood capillaries. Each capillary cluster in the kidney is associated with the cup-shaped end of a coiled tube called Bowman’s capsule that collects the filtrate (Fig. 5.14). Each kidney has large numbers of these filtration units called nephrons packed close together. Some substances in the initial filtrate, such as glucose, amino acids, salts and a major amount of water, are selectively re-absorbed as the urine flows along the tube. The amount of water re-absorbed depends on how much excess water there is in the body, and on how much of dissolved waste there is to be excreted. The urine forming in each kidney eventually enters a long tube, the ureter, which connects the kidneys with the urinary bladder. Urine is stored in the urinary bladder until the pressure of the expanded bladder leads to the urge to pass it out through the urethra. The bladder is muscular, so it is under nervous control, as we have discussed elsewhere. As a result, we can usually control the urge to urinate.

Figure 5.14 Structure of a nephron

More to know!

Artificial kidney (Hemodialysis)

Kidneys are vital organs for survival. Several factors like infections, injury or restricted blood flow to kidneys reduce the activity of kidneys. This leads to accumulation of poisonous wastes in the body, which can even lead to death. In case of kidney failure, an artificial kidney can be used. An artificial kidney is a device to remove nitrogenous waste products from the blood through dialysis.

Artificial kidneys contain a number of tubes with a semi-permeable lining, suspended in a tank filled with dialysing fluid. This fluid has the same osmotic pressure as blood, except that it is devoid of nitrogenous wastes. The patient’s blood is passed through these tubes. During this passage, the waste products from the blood pass into dialysing fluid by diffusion. The purified blood is pumped back into the patient. This is similar to the function of the kidney, but it is different since there is no reabsorption involved. Normally, in a healthy adult, the initial filtrate in the kidneys is about 180 L daily. However, the volume actually excreted is only a litre or two a day, because the remaining filtrate is reabsorbed in the kidney tubules.

Think it over!

Organ donation

Organ donation is a generous act of donating an organ to a person who suffers from non-function of organ(s). Donation of an organ may be done by the consent of the donor and his/her family. Anyone regardless of age or gender can become an organ and tissue donor. Organ transplants can save or transform the life of a person. Transplantation is required because recipient’s organ has been damaged or has failed by disease or injury. In organ transplantation the organ is surgically removed from one person (organ donor) and transplanted to another person (the recipient). Common transplantations include corneas, kidneys, heart, liver, pancreas, lungs, intestines and bone marrow. Most organ and tissue donations occur just after the donor has died or when the doctor declares a person brain dead. But some organs such as kidney, part of a liver, lung, etc., and tissues can be donated while the donor is alive.

5.5.2 Excretion in Plants

Plants use completely different strategies for excretion than those of animals. Oxygen itself can be thought of as a waste product generated during photosynthesis! We have discussed earlier how plants deal with oxygen as well as $CO_2$. They can get rid of excess water by transpiration. For other wastes, plants use the fact that many of their tissues consist of dead cells, and that they can even lose some parts such as leaves. Many plant waste products are stored in cellular vacuoles. Waste products may be stored in leaves that fall off. Other waste products are stored as resins and gums, especially in old xylem. Plants also excrete some waste substances into the soil around them.

Questions

1. Describe the structure and functioning of nephrons.

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Answer

Nephrons are the basic filtering units of kidneys. Each kidney possesses large number of nephrons, approximately 1-1.5 million. The main components of the nephron are glomerulus, Bowman’s capsule, and a long renal tubule.

Structure of a nephron

Functioning of a nephron:

  • The blood enters the kidney through the renal artery, which branches into many capillaries associated with glomerulus.
  • The water and solute are transferred to the nephron at Bowman’s capsule. In the
  • proximal tubule, some substances such as amino acids, glucose, and salts are selectively reabsorbed and unwanted molecules are added in the urine.
  • The filtrate then moves down into the loop of Henle, where more water is absorbed.
  • From here, the filtrate moves upwards into the distal tubule and finally to the collecting duct.
  • Collecting duct collects urine from many nephrons.

The urine formed in each kidney enters a long tube called ureter. From ureter, it gets transported to the urinary bladder and then into the urethra.

2. What are the methods used by plants to get rid of excretory products?

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Answer

Plants can get rid of excess of water by transpiration. Waste materials may be stored in the cell vacuoles or as gum and resin, especially in old xylem. It is also stored in the leaves that later fall off.

3. How is the amount of urine produced regulated?

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Answer

The amount of urine produced depends on the amount of excess water and dissolved wastes present in the body. Some other factors such as habitat of an organism and hormone such as Anti-diuretic hormone (ADH) also regulates the amount of urine produced.

What you have learnt

  • Movement of various types can be taken as an indication of life.
  • Maintenance of life requires processes like nutrition, respiration, transport of materials within the body and excretion of waste products.
  • Autotrophic nutrition involves the intake of simple inorganic materials from the environment and using an external energy source like the Sun to synthesise complex high-energy organic material.
  • Heterotrophic nutrition involves the intake of complex material prepared by other organisms.
  • In human beings, the food eaten is broken down by various steps along the alimentary canal and the digested food is absorbed in the small intestine to be sent to all cells in the body.
  • During the process of respiration, organic compounds such as glucose are broken down to provide energy in the form of ATP. ATP is used to provide energy for other reactions in the cell.
  • Respiration may be aerobic or anaerobic. Aerobic respiration makes more energy available to the organism.
  • In human beings, the transport of materials such as oxygen, carbon dioxide, food and excretory products is a function of the circulatory system. The circulatory system consists of the heart, blood and blood vessels.
  • In highly differentiated plants, transport of water, minerals, food and other materials is a function of the vascular tissue which consists of xylem and phloem.
  • In human beings, excretory products in the form of soluble nitrogen compounds are removed by the nephrons in the kidneys.
  • Plants use a variety of techniques to get rid of waste material. For example, waste material may be stored in the cell-vacuoles or as gum and resin, removed in the falling leaves, or excreted into the surrounding soil.

EXERCISES

1. The kidneys in human beings are a part of the system for

(a) nutrition.

(c) excretion.

(b) respiration.

(d) transportation.

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Answer

(c) In human beings, the kidneys are a part of the system for excretion.

2. The xylem in plants are responsible for

(a) transport of water.

(c) transport of amino acids.

(b) transport of food.

(d) transport of oxygen.

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Answer

(a) In a plant, the xylem is responsible for transport of water.

3. The autotrophic mode of nutrition requires

(a) carbon dioxide and water.

(c) sunlight.

(b) chlorophyll.

(d) all of the above.

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Answer

(d) The autotrophic mode of nutrition requires carbon dioxide, water, chlorophyll and sunlight.

4. The breakdown of pyruvate to give carbon dioxide, water and energy takes place in

(a) cytoplasm.

(c) chloroplast.

(b) mitochondria.

(d) nucleus.

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Answer

(b) The breakdown of pyruvate to give carbon dioxide, water and energy takes place in mitochondria.

5. How are fats digested in our bodies? Where does this process take place?

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Answer

Fats are present in the form of large globules in the small intestine. The small intestine gets the secretions in the form of bile juice and pancreatic juice respectively from the liver and the pancreas. The bile salts (from the liver) break down the large fat globules into smaller globules so that the pancreatic enzymes can easily act on them. This is referred to as emulsification of fats. It takes place in the small intestine.

6. What is the role of saliva in the digestion of food?

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7. What are the necessary conditions for autotrophic nutrition and what are its byproducts?

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Answer

Autotrophic nutrition takes place through the process of photosynthesis. Carbon dioxide, water, chlorophyll pigment, and sunlight are the necessary conditions required for autotrophic nutrition. Carbohydrates (food) and $O_2$ are the by-products of photosynthesis.

8. What are the differences between aerobic and anaerobic respiration? Name some organisms that use the anaerobic mode of respiration.

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Answer

Aerobic respiration Anaerobic respiration
1.It occurs in the presence of $O_2$. 1.It occurs in the absence of $O_2$.
2.It involves the exchange of gases between
the organism and the outside environment.
2.Exchange of gases is absent .
3.It occurs in cytoplasm and mitochondria. 3.It occurs only in cytoplasm.
4.It always releases $CO_2$ and $H_2O$. 4.End products vary.
5.It yields 36 ATPs. 5.It yields only 2 ATPs.

Anaerobic respiration occurs in the roots of some waterlogged plants, some parasitic worms, animal muscles, and some micro-organisms such as yeasts.

9. How are the alveoli designed to maximise the exchange of gases?

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Answer

The alveoli are the small balloon-like structures present in the lungs. The walls of the alveoli consist of extensive network of blood vessels. Each lung contains 300-350 million alveoli, making it a total of approximately 700 million in both the lungs. The alveolar surface when spread out covers about $80 m 2$ area. This large surface area makes the gaseous exchange more efficient.

Alveoli and capillaries

10. What would be the consequences of a deficiency of haemoglobin in our bodies?

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Answer

Haemoglobin is the respiratory pigment that transports oxygen to the body cells for cellular respiration. Therefore, deficiency of haemoglobin in blood can affect the oxygen supplying capacity of blood. This can lead to deficiency of oxygen in the body cells. It can also lead to a disease called anaemia.

11. Describe double circulation of blood in human beings. Why is it necessary?

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Answer

The human heart is divided into four chambers - the right atrium, the right ventricle, the left atrium, and the left ventricle.

Flow of blood in the heart:

  • The heart has superior and inferior vena cava, which carries de-oxygenated blood from the upper and lower regions of the body respectively and supplies this de-oxygenated blood to the right atrium of the heart.

Flow of blood in the human heart

  • The right atrium then contracts and passes the de-oxygenated blood to the right ventricle, through an auriculo-ventricular aperture.

  • Then the right ventricle contracts and passes the de-oxygenated blood into the two pulmonary arteries, which pumps it to the lungs where the blood becomes oxygenated. From the lungs, the pulmonary veins transport the oxygenated blood to the left atrium of the heart. Then the

  • left atrium contracts and through the auriculo-ventricular aperture, the oxygenated blood enters the left ventricle.

  • The blood passes to aorta from the left ventricle. The aorta gives rise to many arteries that distribute the oxygenated blood to all the regions of the body.

Schematic diagram of blood circulation in humans

Therefore, the blood goes twice through the heart. This is known as double circulation.

Importance of double circulation:

The separation of oxygenated and de-oxygenated blood allows a more efficient supply of oxygen to the body cells. This efficient system of oxygen supply is very useful in warm-blooded animals such as human beings.

As we know, warm-blooded animals have to maintain a constant body temperature by cooling themselves when they are in a hotter environment and by warming their bodies when they are in a cooler environment. Hence, they require more O2 for more respiration so that they can produce more energy to maintain their body temperature. Thus, the circulatory system of humans is more efficient because of the double circulatory heart.

12. What are the differences between the transport of materials in xylem and phloem?

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Answer

Transport of materials in xylem Transport of materials in phloem

(i) Xylem tissue helps in the transport of water and minerals.

(i) Phloem tissue helps in the transport of food.

(ii)Water is transported upwards from roots to all other plant parts.

(ii)Food is transported in both upward and downward directions.

(iii)Transport in xylem occurs with the help of simple physical forces such as transpiration pull.

(iii)Transport of food in phloem requires energy in the form of ATP.

13. Compare the functioning of alveoli in the lungs and nephrons in the kidneys with respect to their structure and functioning.

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Answer

Alveoli Nephron
(1) They are tiny air sac-like structures
present at the end of bronchioles
present inside the lungs.
(1) They are tube-like
structures present inside the
kidney.
(2) Made up squamous epithelium (2) Made up of cuboidal
epithelium and contain
structure glomerulus,
bowman capsule, and long
renal tube.
(3) They are one cell thick and made up
of an extensive network of blood
capillaries.
(3) They are surrounded by
blood vessels as well as made
up of blood vessels
(4) Around 480 million alveoli are
found in each lung.
(4) Around 1.5 a million
nephrons are present in the
kidney.
(5) Alveoli are the site of gaseous
exchange.
(5) The nephron is the primary
filtration unit of the kidney.
(6) The exchange of oxygen and
carbon dioxide takes place between
the blood of capillaries and the gases
present in the alveoli.
(6) The function of the
nephron is ultrafiltration,
selective reabsorption, and
tubular secretion.

हम जैव (सजीव) तथा अजैव (निर्जीव) में कैसे अंतर स्पष्ट करते हैं? यदि हम कुत्ते को दौड़ते हुए देखते हैं या गाय को जुगाली करते हुए अथवा गली में एक इन्सान को जोर से चीखते हुए देखते हैं तो हम समझ जाते हैं कि ये सजीव हैं। यदि कुत्ता, गाय या इन्सान सो रहे हैं तो क्या तब भी हम यही सोचेंगे कि ये सजीव हैं, लेकिन हम यह कैसे जानेंगे? हम उन्हें साँस लेते देखते हैं और जान लेते हैं कि वे सजीव हैं। पौधों के बारे में हम कैसे जानेंगे कि वे सजीव हैं? हममें से कुछ कहेंगे कि वे हरे दिखते हैं, लेकिन उन पौधों के बारे में क्या कहेंगे जिनकी पत्तियाँ हरी न होकर अन्य रंग की होती हैं? वे समय के साथ वृद्धि करते हैं, अतः हम कह सकते हैं कि वे सजीव हैं। दूसरे शब्दों में, हम सजीव के सामान्य प्रमाण के तौर पर कुछ गतियों पर विचार करते हैं। ये गतियाँ वृद्धि संबंधी या अन्य हो सकती हैं, लेकिन वह पौधा भी सजीव है, जिसमें वृद्धि परिलक्षित नहीं होती। कुछ जंतु साँस तो लेते हैं, परंतु जिनमें गति स्पष्ट रूप से नहीं दिखाई देती है वे भी सजीव हैं। अतः दिखाई देने वाली गति जीवन के परिभाषित लक्षण के लिए पर्याप्त नहीं है।

अति सूक्ष्म स्केल पर होने वाली गतियाँ आँखों से दिखाई नहीं देती हैं, उदाहरण के लिएअणुओं की गतियाँ। क्या यह अदृश्य आणविक गति जीवन के लिए आवश्यक है? यदि हम यह प्रश्न किसी व्यवसायी जीवविज्ञानी से करें तो उसका उत्तर सकारात्मक होगा। वास्तव में विषाणु के अंदर आणविक गति (जब तक वे किसी कोशिका को संक्रमित नहीं करते हैं) नहीं होती है। अतः इसी कारण यह विवाद बना हुआ है कि वे वास्तव में सजीव हैं या नहीं।

जीवन के लिए आणविक गतियाँ क्यों आवश्यक हैं? पूर्व कक्षाओं में हम यह देख चुके हैं कि सजीव की संरचना सुसंगठित होती है; उनमें ऊतक हो सकते हैं, ऊतकों में कोशिकाएँ होती हैं, कोशिकाओं में छोटे घटक होते हैं। सजीव की यह संगठित एवं सुव्यवस्थित संरचना समय के साथ-साथ पर्यावरण के प्रभाव के कारण विघटित होने लगती है। यदि यह व्यवस्था टूटती है तो जीव और अधिक समय तक जीवित नहीं रह पाएगा। अतः जीवों के शरीर को मरम्मत तथा अनुरक्षण की आवश्यकता होती है, क्योंकि ये सभी संरचनाएँ अणुओं से बनी होती हैं अतः उन्हें अणुओं को लगातार गतिशील बनाए रखना चाहिए।

सजीवों में अनुरक्षण प्रक्रम कौन से हैं? आइए, खोजते हैं।

5.1 जैव प्रक्रम क्या है?

जीवों का अनुरक्षण कार्य निरंतर होना चाहिए। यह उस समय भी चलता रहता है, जब वे कोई विशेष कार्य नहीं करते। जब हम सो रहे हों अथवा कक्षा में बैठे हों, उस समय भी यह अनुरक्षण का काम चलता रहना चाहिए। वे सभी प्रक्रम जो सम्मिलित रूप से अनुरक्षण का कार्य करते हैं, जैव प्रक्रम कहलाते हैं।

क्योंकि क्षति तथा टूट-फूट रोकने के लिए अनुरक्षण प्रक्रम की आवश्यकता होती है। अतः इसके लिए उन्हें ऊर्जा की आवश्यकता होगी। यह ऊर्जा एकल जीव के शरीर के बाहर से आती है। इसलिए ऊर्जा के स्रोत का बाहर से जीव के शरीर में स्थानांतरण के लिए कोई प्रक्रम होना चाहिए। इस ऊर्जा के स्रोत को हम भोजन तथा शरीर के अंदर लेने के प्रक्रम को पोषण कहते हैं। यदि जीव में शारीरिक वृद्धि होती है तो इसके लिए उसे बाहर से अतिरिक्त कच्ची सामग्री की भी आवश्यकता होगी, क्योंकि पृथ्वी पर जीवन कार्बन आधारित अणुओं पर निर्भर है। अतः अधिकांश खाद्य पदार्थ भी कार्बन आधारित हैं। इन कार्बन स्रोतों की जटिलता के अनुसार विविध जीव भिन्न प्रकार के पोषण प्रक्रम को प्रयुक्त करते हैं।

चूँकि, पर्यावरण किसी एक जीव के नियंत्रण में नहीं है। अतः ऊर्जा के ये बाह्य स्रोत विविध प्रकार के हो सकते हैं। शरीर के अंदर ऊर्जा के इन स्रोतों के विघटन या निर्माण की आवश्यकता होती है, जिससे ये अंततः ऊर्जा के एकसमान स्रोत में परिवर्तित हो जाने चाहिए। यह विभिन्न आणविक गतियों के लिए एवं विभिन्न जीव शरीर के अनुरक्षण तथा शरीर की वृद्धि के लिए आवश्यक अणुओं के निर्माण में उपयोगी है। इसके लिए शरीर के अंदर रासायनिक क्रियाओं की एक श्रंखला की आवश्यकता है। उपचयन-अपचयन अभिक्रियाएँ अणुओं के विघटन की कुछ सामान्य रासायनिक युक्तियाँ हैं। इसके लिए बहुत से जीव शरीर के बाहरी स्रोत से ऑक्सीजन प्रयुक्त करते हैं। शरीर के बाहर से ऑक्सीजन को ग्रहण करना तथा कोशिकीय आवश्यकता के अनुसार खाद्य स्रोत के विघटन में उसका उपयोग श्वसन कहलाता है।

एक एक-कोशिकीय जीव की पूरी सतह पर्यावरण के संपर्क में रहती है। अतः इन्हें भोजन ग्रहण करने के लिए, गैसों का आदान-प्रदान करने के लिए या वर्ज्य पदार्थ के निष्कासन के लिए किसी विशेष अंग की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन जब जीव के शरीर का आकार बढ़ता है तथा शारीरिक अभिकल्प अधिक जटिल होता जाता है, तब क्या होता है? बहुकोशिकीय जीवों में सभी कोशिकाएँ अपने आस-पास के पर्यावरण के सीधे संपर्क में नहीं रह सकतीं। अतः साधारण विसरण सभी कोशिकाओं की आवश्यकताओं की पूर्ति नहीं कर सकता।

हम पहले भी देख चुके हैं कि बहुकोशिकीय जीवों में विभिन्न कार्यों को करने के लिए भिन्न-भिन्न अंग विशिष्टीकृत हो जाते हैं। हम इन विशिष्टीकृत ऊतकों से तथा जीव के शरीर में उनके संगठन से परिचित हैं। अतः इसमें कोई आश्चर्य नहीं है कि भोजन तथा ऑक्सीजन का अंतर्ग्रहण भी विशिष्टीकृत ऊतकों का कार्य है, परंतु इससे एक समस्या पैदा होती है, यद्यपि भोजन एवं ऑक्सीजन का अंतर्ग्रहण कुछ विशिष्ट अंगों द्वारा ही होता है, परंतु शरीर के सभी भागों को इनकी आवश्यकता होती है। इस स्थिति में भोजन एवं ऑक्सीजन को एक स्थान से दूसरे स्थान तक ले जाने के लिए वहन-तंत्र की आवश्यकता होती है।

जब रासायनिक अभिक्रियाओं में कार्बन स्रोत तथा ऑक्सीजन का उपयोग ऊर्जा प्राप्ति के लिए होता है, तब ऐसे उपोत्पाद भी बनते हैं, जो शरीर की कोशिकाओं के लिए न केवल अनुपयोगी होते हैं, बल्कि वे हानिकारक भी हो सकते हैं। इन अपशिष्ट उपोत्पादों को शरीर से बाहर निकालना अति आवश्यक होता है। इस प्रक्रम को हम उत्सर्जन कहते हैं। यदि बहुकोशिकीय जीवों में शरीर अभिकल्पना के मूल नियमों का पालन किया जाता है तो उत्सर्जन के लिए विशिष्ट ऊतक विकसित हो जाएगा। इसका अर्थ है कि परिवहन तंत्र की आवश्यकता अपशिष्ट पदार्थों को कोशिका से इस उत्सर्जन ऊतक तक पहुँचाने की होगी।

आइए, हम जीवन का अनुरक्षण करने वाले आवश्यक प्रक्रमों के बारे में एक-एक करके विचार करते हैं।

प्रश्न

1. हमारे जैसे बहुकोशिकीय जीवों में ऑक्सीजन की आवश्यकता पूरी करने में विसरण क्यों अपर्याप्त है?

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2. कोई वस्तु सजीव है, इसका निर्धारण करने के लिए हम किस मापदंड का उपयोग करेंगे?

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3. किसी जीव द्वारा किन कच्ची सामग्रियों का उपयोग किया जाता है?

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4. जीवन के अनुरक्षण के लिए आप किन प्रक्रमों को आवश्यक मानेंगे?

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5.2 पोषण

जब हम टहलते हैं या साइकिल की सवारी करते हैं तो हम ऊर्जा का उपयोग करते हैं। उस स्थिति में भी जब हम कोई आभासी क्रियाकलाप नहीं कर रहे हैं, हमारे शरीर में क्रम की स्थिति के अनुरक्षण करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। वृद्धि, विकास, प्रोटीन संश्लेषण आदि में हमें बाहर से भी पदार्थों की आवश्यकता होती है। यह ऊर्जा का स्रोत तथा पदार्थ जो हम खाते हैं वह भोजन है।

सजीव अपना भोजन कैसे प्राप्त करते हैं?

सभी जीवों में ऊर्जा तथा पदार्थ की सामान्य आवश्यकता समान है, लेकिन इसकी आपूर्ति भिन्न विधियों से होती है। कुछ जीव अकार्बनिक स्रोतों से कार्बन डाईऑक्साइड तथा जल के रूप में सरल पदार्थ प्राप्त करते हैं। ये जीव स्वपोषी हैं, जिनमें सभी हरे पौधे तथा कुछ जीवाणु हैं। अन्य जीव जटिल पदार्थों का उपयोग करते हैं। इन जटिल पदार्थों को सरल पदार्थों में खंडित करना अनिवार्य है ताकि ये जीव के समारक्षण तथा वृद्धि में प्रयुक्त हो सकें। इसे प्राप्त करने के लिए जीव जैव-उत्प्रेरक का उपयोग करते हैं, जिन्हें एंजाइम कहते हैं। अतः विषमपोषी उत्तरजीविता के लिए प्रत्यक्ष या परोक्ष रूप से स्वपोषी पर आश्रित होते हैं। जंतु तथा कवक इसी प्रकार के विषमपोषी जीवों में सम्मिलित हैं।

5.2.1 स्वपोषी पोषण

स्वपोषी जीव की कार्बन तथा ऊर्जा की आवश्यकताएँ प्रकाश संश्लेषण द्वारा पूरी होती हैं। यह वह प्रक्रम है, जिसमें स्वपोषी बाहर से लिए पदार्थों को ऊर्जा संचित रूप में परिवर्तित कर देता है। ये पदार्थ कार्बन डाइऑक्साइड तथा जल के रूप में लिए जाते हैं, जो सूर्य के प्रकाश तथा क्लोरोफिल की उपस्थिति में कार्बोहाइड्रेट में परिवर्तित कर दिए जाते हैं। कार्बोहाइड्रेट पौधों को ऊर्जा प्रदान करने में प्रयुक्त होते हैं। अगले अनुभाग में हम अध्ययन करेंगे कि यह कैसे होता है। जो कार्बोहाइड्रेट तुरंत प्रयुक्त नहीं होते हैं, उन्हें मंड के रूप में संचित कर लिया जाता है। यह रक्षित आंतरिक ऊर्जा की तरह कार्य करेगा तथा पौथे द्वारा आवश्यकतानुसार प्रयुक्त कर लिया जाता है। कुछ इसी तरह की स्थिति हमारे अंदर भी देखी जाती है। हमारे द्वारा खाए गए भोजन से व्युत्पन्न ऊर्जा का कुछ भाग हमारे शरीर में ग्लाइकोजन के रूप में संचित हो जाता है।

$6 \mathrm{CO}_2+12 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}=\frac{\text { क्लोरोफिल }}{\text { सूर्य का प्रकाश }}=\underset{\text { (ग्लूकोज़) }}{\mathrm{C} _6 \mathrm{H} _{12} \mathrm{O} _6}+6 \mathrm{O} _2+6 \mathrm{H} _2 \mathrm{O}$

अब हम देखते हैं कि प्रकाश संश्लेषण प्रक्रम में वास्तव में क्या होता है? इस प्रक्रम के दौरान निम्नलिखित घटनाएँ होती हैं-

चित्र 5.1 एक पत्ती की अनुप्रस्थ काट

(i) क्लोरोफिल द्वारा प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करना।

(ii) प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में रूपांतरित करना तथा जल अणुओं का हाइड्रोजन तथा ऑक्सीजन में अपघटन।

(iii) कार्बन डाइऑक्साइड का कार्बोहाइड्रेट में अपचयन।

यह आवश्यक नहीं है कि ये चरण तत्काल एक के बाद दूसरा हो, उदाहरण के लिए- मरुद्रिद पौधे रात्रि में कार्बन डाइऑक्साइड लेते हैं और एक मध्यस्थ उत्पाद बनाते हैं। दिन में क्लोरोफिल ऊर्जा अवशोषित करके अंतिम उत्पाद बनाता है।

आइए, हम देखें कि उपरोक्त अभिक्रिया का प्रत्येक घटक प्रकाश संश्लेषण के लिए किस प्रकार आवश्यक है।

यदि आप ध्यानपूर्वक एक पत्ती की अनुप्रस्थ काट का सूक्ष्मदर्शी द्वारा अवलोकन करेंगे (चित्र 5.1) तो आप नोट करेंगे कि कुछ कोशिकाओं में हरे रंग के बिंदु दिखाई देते हैं। ये हरे बिंदु कोशिकांग हैं, जिन्हें क्लोरोप्लास्ट कहते हैं, इनमें क्लोरोफिल होता है। आइए, हम एक क्रियाकलाप करते हैं, जो दर्शाता है कि प्रकाश संश्लेषण के लिए क्लोरोफिल आवश्यक है।

चित्र 5.2 शबलित पत्ती (a) मंड परीक्षण से पहले (b) मंड परीक्षण के बाद

क्रियाकलाप 5.1

  • गमले में लगा एक शबलित पत्ती (उदाहरण के लिए- मनीप्लांट या क्रोटन का पौधा) वाला पौधा लीजिए।
  • पौधे को तीन दिन अँधेरे कमरे में रखिए ताकि उसका संपूर्ण मंड प्रयुक्त हो जाए।
  • अब पौधे को लगभग छः घंटे के लिए सर्य के प्रकाश में रखिए।
  • पौधे से एक पत्ती तोड़ लीजिए। इसमें हरे भाग को अंकित करिए तथा उन्हें एक कागज पर ट्रेस कर लीजिए।
  • कुछ मिनट के लिए इस पत्ती को उबलते पानी में डाल दीजिए।
  • इसके बाद इसे एल्कोहल से भरे बीकर में डुबा दीजिए।
  • इस बीकर को सावधानी से जल ऊष्मक में रखकर तब तक गर्म करिए, जब तक एल्कोहल उबलने न लगे।
  • पत्ती के रंग का क्या होता है? विलयन का रंग कैसा हो जाता है?
  • अब कुछ मिनट के लिए इस पत्ती को आयोडीन के तनु विलयन में डाल दीजिए।
  • पत्ती को बाहर निकालकर उसके आयोडीन को धो डालिए।
  • पत्ती के रंग (चित्र 5.2) का अवलोकन कीजिए और प्रारंभ में पत्ती का जो ट्रेस किया था उससे इसकी तुलना कीजिए।
  • पत्ती के विभिन्न भागों में मंड की उपस्थिति के बारे में आप क्या निष्कर्ष निकालते हैं?

अब हम अध्ययन करते हैं कि पौथे कार्बन डाइऑक्साइड कैसे प्राप्त करते हैं। कक्षा 9 में हमने रंध्र (चित्र 5.3) की चर्चा की थी, जो पत्ती की सतह पर सूक्ष्म छिद्र होते हैं। प्रकाश संश्लेषण के लिए गैसों का अधिकांश आदान-प्रदान इन्हीं छिद्रों के द्वारा होता है, लेकिन यहाँ यह जानना भी आवश्यक है कि गैसों का आदान-प्रदान तने, जड़ और पत्तियों की सतह से भी होता है। इन रंध्रों से पर्याप्त मात्रा में जल की भी हानि होती है अतः जब प्रकाश संश्लेषण के लिए कार्बन डाइऑक्साइड की आवश्यकता नहीं होती तब पौधा इन छिद्रों को बंद कर लेता है। छिद्रों का खुलना और बंद होना द्वार कोशिकाओं का एक कार्य है। द्वार कोशिकाओं में जब जल अंदर जाता है तो वे फूल जाती हैं और रंध्र का छिद्र खुल जाता है। इसी तरह जब द्वार कोशिकाएँ सिकुड़ती हैं तो छिद्र बंद हो जाता है।

(a)

(b)

चित्र 5.3(a) खुला तथा (b) बंद रंध्र

क्रियाकलाप 5.2

  • लगभग समान आकार के गमले में लगे दो पौधे लीजिए।
  • तीन दिन तक उन्हें अँधेरे कमरे में रखिए।
  • अब प्रत्येक पौधे को अलग-अलग काँच-पट्टिका पर रखिए। एक पौधे के पास वाच ग्लास में पोटैशियम हाइड्रोक्साइड रखिए। पोटैशियम हाइड्रोक्साइड का उपयोग कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने के लिए किया जाता है।
  • चित्र 5.4 के अनुसार दोनों पौधों को अलग-अलग बेलजार से ढक दीजिए।
  • जार के तले को सील करने के लिए काँच-पट्टिका पर वैसलीन लगा देते हैं, इससे प्रयोग वायुरोधी हो जाता है।
  • लगभग दो घंटों के लिए पौधों को सूर्य के प्रकाश में रखिए।
  • प्रत्येक पौधे से एक पत्ती तोड़िए तथा उपरोक्त क्रियाकलाप की तरह उसमें मंड की उपस्थिति की जाँच कीजिए।
  • क्या दोनों पत्तियाँ समान मात्रा में मंड की उपस्थिति दर्शाती हैं?
  • घस क्रियाकलाप से आप क्या निष्कर्ष निकालते हो?

चित्र 5.4 प्रायोगिक व्यवस्था (a) पोटैशियम हाइड्रोक्साइड के साथ (b) पोटैशियम हाइड्रोक्साइड के बिना

उपरोक्त दो क्रियाकलापों के आधार पर क्या हम ऐसा प्रयोग कर सकते हैं, जिससे प्रदर्शित हो सके कि प्रकाश संश्लेषण के लिए सूर्य के प्रकाश की आवश्यकता होती है?

अब तक हम यह चर्चा कर चुके हैं कि स्वपोषी अपनी ऊर्जा आवश्यकता की पर्ति कैसे करते हैं, लेकिन उन्हें भी अपने शरीर के निर्माण के लिए अन्य कच्ची सामग्री की आवश्यकता होती है। स्थलीय पौधे प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक जल की पूर्ति जड़ों द्वारा मिट्टी में उपस्थित जल के अवशोषण से करते हैं। नाइट्रोजन, फॉस्फोरस, लोहा तथा मैग्नीशियम सरीखे अन्य पदार्थ भी मिट्टी से लिए जाते हैं। नाइट्रोजन एक आवश्यक तत्व है, जिसका उपयोग प्रोटीन तथा अन्य यौगिकों के संश्लेषण में किया जाता है। इसे अकार्बनिक नाइट्रेट का नाइट्राइट के रूप में लिया जाता है। इन्हें उन कार्बनिक पदार्थों के रूप में लिया जाता है, जिन्हें जीवाणु वायुमंडलीय नाइट्रोजन से बनाते हैं।

5.2.2 विषमपोषी पोषण

प्रत्येक जीव अपने पर्यावरण के लिए अनुकूलित है। भोजन के स्वरूप एवं उपलब्धता के आधार पर पोषण की विधि विभिन्न प्रकार की हो सकती है। इसके अतिरिक्त यह जीव के भोजन ग्रहण करने के ढंग पर भी निर्भर करती है, उदाहरण के लिए- यदि भोजन स्रोत अचल (जैसे कि घास) है, या गतिशील जैसे, हिरण है। दोनों प्रकार के भोजन का अभिगम का तरीका भिन्न-भिन्न है तथा गाय व शेर किस पोषक उपकरण का उपयोग करते हैं। जीवों द्वारा भोजन ग्रहण करने और उसके उपयोग की अनेक युक्तियाँ हैं। कुछ जीव भोज्य पदार्थों का विघटन शरीर के बाहर ही कर देते हैं और तब उसका अवशोषण करते हैं। फफँदी, यीस्ट तथा मशरूम आदि कवक इसके उदाहरण हैं। अन्य जीव संपूर्ण भोज्य पदार्थ का अंतर्ग्रहण करते हैं तथा उनका पाचन शरीर के अंदर होता है। जीव द्वारा किस भोजन का अंतर्ग्रहण किया जाए तथा उसके पाचन की विधि उसके शरीर की अभिकल्पना तथा कार्यशैली पर निर्भर करती है। घास, फल, कीट, मछली या मृत खरगोश खाने वाले जंतुओं के अंतर के बारे में आप क्या सोचते हैं? कुछ अन्य जीव, पौधों और जंतुओं को बिना मारे उनसे पोषण प्राप्त करते हैं। यह पोषण युक्ति अमरबेल, किलनी, जूँ, लीच और फीताकृमि सरीखे बहुत से जीवों द्वारा प्रयुक्त होती है।

5.2.3 जीव अपना पोषण कैसे करते हैं?

क्योंकि भोजन और उसके अंतर्ग्रहण की विधि भिन्न है। अतः विभिन्न जीवों में पाचन तंत्र भी भिन्न है। एककोशिकीय जीवों में भोजन संपूर्ण सतह से लिया जा सकता है, लेकिन जीव की जटिलता बढ़ने के साथ-साथ विभिन्न कार्य करने वाले अंग विशिष्ट हो जाते हैं, उदाहरण के लिए- अमीबा कोशिकीय सतह से अँगुली जैसे अस्थायी प्रवर्ध की मदद से भोजन ग्रहण करता है। यह प्रवर्ध भोजन के कणों को घेर लेते हैं तथा संगलित होकर खाद्य रिक्तिका (चित्र 5.5) बनाते हैं। खाद्य रिक्तिका के अंदर जटिल पदार्थों का विघटन सरल पदार्थों में किया जाता है और वे कोशिकाद्रव्य में विसरित हो जाते हैं। बचा हुआ अपच पदार्थ कोशिका की सतह की ओर गति करता है तथा शरीर से बाहर निष्कासित कर दिया जाता है। पैरामीशियम भी एककोशिकीय जीव है, इसकी कोशिका का एक निश्चित आकार होता है तथा भोजन एक विशिष्ट स्थान से ही ग्रहण किया जाता है। भोजन इस स्थान तक पक्ष्याभ की गति द्वारा पहुँचता है, जो कोशिका की पूरी सतह को ढके होते हैं।

चित्र 5.5 अमीबा में पोषण

5.2.4 मनुष्य में पोषण

आहार नाल मूल रूप से मुँह से गुदा तक विस्तरित एक लंबी नली है। चित्र 5.6 में हम इस नली के विभिन्न भागों को देख सकते हैं। जो भोजन हमारे शरीर में एक बार प्रविष्ट हो जाता है, उसका क्या होता है? हम यहाँ इस प्रक्रम की चर्चा करते हैं।

क्रियाकलाप 5.2

  • $1 \mathrm{~mL}$ मंड का घोल ( $1 %$ ) दो परखनलियों ’ $\mathrm{A}$ ’ तथा ’ $\mathrm{B}$ ’ में लीजिए।
  • परखनली ’ $A$ ’ में $1 \mathrm{~mL}$ लार डालिए तथा दोनों परखनलियों को 20-30 मिनट तक शांत छोड़ दीजिए।
  • अब प्रत्येक परखनली में कुछ बूँद तनु आयोडीन घोल की डालिए।
  • किस परखनली में आपको रंग में परिवर्तन दिखाई दे रहा है?
  • दोनों परखनलियों में मंड की उपस्थिति के बारे में यह क्या इंगित करता है?
  • यह लार की मंड पर क्रिया के बारे में क्या दर्शाता है?

हम तरह-तरह के भोजन खाते हैं, जिन्हें उसी भोजन नली से गुजरना होता है। प्राकृतिक रूप से भोजन को एक प्रक्रम से गुजरना होता है, जिससे वह उसी प्रकार के छोटे-छोटे कणों में बदल जाता है। इसे हम दाँतों से चबाकर पूरा कर लेते हैं, क्योंकि आहार का आस्तर बहुत कोमल होता है। अतः भोजन को गीला किया जाता है ताकि इसका मार्ग आसान हो जाए। जब हम अपनी पसंद का कोई पदार्थ खाते हैं तो हमारे मुँह में पानी आ जाता है। यह वास्तव में केवल जल नहीं है, यह लाला ग्रंथि से निकलने वाला एक रस है, जिसे लालारस या लार कहते हैं। जिस भोजन को हम खाते हैं, उसका दूसरा पहल, उसकी जटिल रचना है। यदि इसका अवशोषण आहार नाल द्वारा करना है तो इसे छोटे अणुओं में खंडित करना होगा। यह काम जैव-उत्प्रेरक द्वारा किया जाता है, जिन्हें हम एंजाइम कहते हैं। लार में भी एक एंजाइम होता है, जिसे लार एमिलेस कहते हैं। यह मंड जटिल अणु को सरल शर्करा में खंडित कर देता है। भोजन को चबाने के दौरान पेशीय जिह्ना भोजन को लार के साथ पूरी तरह मिला देती है।

आहार नली के हर भाग में भोजन की नियमित रूप से गति उसके सही ढंग से प्रक्रमित होने के लिए आवश्यक है। यह क्रमाकुंचक गति पूरी भोजन नली में होती है।

मुँह से आमाशय तक भोजन ग्रसिका या इसोफेगस द्वारा ले जाया जाता है। आमाशय एक बृहत अंग है, जो भोजन के आने पर फैल जाता है। आमाशय की पेशीय भित्ति भोजन को अन्य पाचक रसों के साथ मिश्रित करने में सहायक होती है।

चित्र 6.6 मानव पाचन तंत्र

ये पाचन कार्य आमाशय की भित्ति में उपस्थित जठर ग्रंथियों के द्वारा संपन्न होते हैं। ये हाइड्रोक्लोरिक अम्ल, एक प्रोटीन पाचक एंजाइम पेप्सिन तथा श्लेष्मा का स्रावण करते हैं। हाइड्रोक्लोरिक अम्ल एक अम्लीय माध्यम तैयार करता है, जो पेप्सिन एंजाइम की क्रिया में सहायक होता है। आपके विचार में अम्ल और कौन सा कार्य करता है? सामान्य परिस्थितियों में श्लेष्मा आमाशय के आंतरिक आस्तर की अम्ल से रक्षा करता है। हमने बहुधा वयस्कों को ‘एसिडिटी अथवा अम्लता’ की शिकायत करते सुना है। क्या इसका संबंध उपरोक्त वर्णित विषय से तो नहीं है?

आमाशय से भोजन अब क्षुद्रांत्र में प्रवेश करता है। यह अवरोधिनी पेशी द्वारा नियंत्रित होता है। क्षुट्रांत्र आहारनाल का सबसे लंबा भाग है, अत्यधिक कुंडलित होने के कारण यह संहत स्थान में अवस्थित होती है। विभिन्न जंतुओं में क्षुट्रांत्र की लंबाई उनके भोजन के प्रकार के अनुसार अलग-अलग होती है। घास खाने वाले शाकाहारी का सेल्युलोज़ पचाने के लिए लंबी क्षुद्रांत्र की आवश्यकता होती है। मांस का पाचन सरल है। अतः बाघ जैसे मांसाहारी की क्षुद्रांत्र छोटी होती है।

क्षुद्रांत्र कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन तथा वसा के पूर्ण पाचन का स्थल है। इस कार्य के लिए यह यकृत तथा अग्न्याशय से स्रावण प्राप्त करती है। आमाशय से आने वाला भोजन अम्लीय है और अग्नाशयिक एंजाइमों की क्रिया के लिए उसे क्षारीय बनाया जाता है। यकृत से स्रावित पित्तरस इस कार्य को करता है, यह कार्य वसा पर क्रिया करने के अतिरिक्त है। क्षुद्रांत्र में वसा बड़ी गोलिकाओं के रूप में होता है, जिससे उस पर एंजाइम का कार्य करना मुश्किल हो जाता है। पित्त लवण उन्हें छोटी गोलिकाओं में खंडित कर देता है, जिससे एंजाइम की क्रियाशीलता बढ़ जाती है। यह साबुन का मैल पर इमल्सीकरण की तरह ही है, जिसके विषय में हम अध्याय 4 में पढ़ चुके हैं। अग्नाशय अग्न्याशयिक रस का स्रावण करता है जिसमें प्रोटीन के पाचन के लिए ट्रिप्सिन एंजाइम होता है तथा इमल्सीकृत वसा का पाचन करने के लिए लाइपेज एंजाइम होता है। क्षुद्रांत्र की भित्ति में ग्रंथि होती है, जो आंत्र रस स्रावित करती है। इसमें उपस्थित एंजाइम अंत में प्रोटीन को अमीनो अम्ल, जटिल कार्बोहाइड्रेट को ग्लूकोज़ में तथा वसा को वसा अम्ल तथा ग्लिसरॉल में परिवर्तित कर देते हैं।

पाचित भोजन को आंत्र की भित्ति अवशोषित कर लेती है। क्षुद्रांत्र के आंतरिक आस्तर पर अनेक अँगुली जैसे प्रवर्ध होते हैं, जिन्हें दीर्घरोम कहते हैं। ये अवशोषण का सतही क्षेत्रफल बढ़ा देते हैं। दीर्घरोम में रुधिर वाहिकाओं की बहुतायत होती है, जो भोजन को अवशोषित करके शरीर की प्रत्येक कोशिका तक पहुँचाते हैं। यहाँ इसका उपयोग ऊर्जा प्राप्त करने, नए ऊतकों के निर्माण और पुराने ऊतकों की मरम्मत में होता है।

बिना पचा भोजन बृहदांत्र में भेज दिया जाता है, जहाँ दीर्घरोम इस पदार्थ में से जल का अवशोषण कर लेते हैं। अन्य पदार्थ गुदा द्वारा शरीर के बाहर कर दिया जाता है। इस वर्ज्य पदार्थ का बहिःक्षेपण गुदा अवरोधिनी द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

क्या आप जानते हैं?

दंतक्षरण

दंतक्षरण या दंतक्षय इनैमल तथा डैंटीन के शनैः-शनै: मृदुकरण के कारण होता है। इसका प्रारंभ होता है, जब जीवाणु शर्करा पर क्रिया करके अम्ल बनाते हैं। तब इनैमल मृदु या बिखनिजीकृत हो जाता है। अनेक जीवाणु कोशिका खाद्यकणों के साथ मिलकर दाँतों पर चिपक कर दंतप्लाक बना देते हैं, प्लाक दाँत को ढक लेता है। इसलिए, लार अम्ल को उदासीन करने के लिए दंत सतह तक नहीं पहुँच पाती है। इससे पहले कि जीवाणु अम्ल पैदा करे भोजनोपरांत दाँतों में ब्रश करने से प्लाक हट सकता है। यदि अनुपचारित रहता है तो सूक्ष्मजीव मज्जा में प्रवेश कर सकते हैं तथा जलन व संक्रमण कर सकते हैं।

प्रश्न

1. स्वयंपोषी पोषण तथा विषमपोषी पोषण में क्या अंतर है?

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2. प्रकाश संश्लेषण के लिए आवश्यक कच्ची सामग्री पौधा कहाँ से प्राप्त करता है?

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3. हमारे आमाशय में अम्ल की भूमिका क्या है?

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4. पाचक एंजाइमों का क्या कार्य है?

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5. पचे हुए भोजन को अवशोषित करने के लिए क्षुद्रांत्र को कैसे अभिकल्पित किया गया है?

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5.3 श्वसन

क्रियाकलाप 5.4

  • एक परखनली में ताज़ा तैयार किया हुआ चूने का पानी लीजिए।
  • इस चूने के पानी में निःश्वास द्वारा निकली वायु प्रवाहित कीजिए [चित्र 5.7 (a)]।
  • नोट कीजिए कि चूने के पानी को दधिया होने में कितना समय लगता है।
  • एक सिरिंज या पिचकारी द्वारा दूसरी परखनली में ताज़ा चूने का पानी लेकर वायु प्रवाहित करते हैं [चित्र 5.7 (b)]।
  • नोट कीजिए कि इस बार चूने के पानी को दूधिया होने में कितना समय लगता है।
  • निःश्वास द्वारा निकली वायु में कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा के बारे में यह हमें क्या दर्शाता है?

चित्र 5.7

(a) चूने के पानी में नि:श्वास द्वारा वायु प्रवाहित हो रही है।

(b) चूने के पानी में पिचकारी/सिरिंज द्वारा वायु प्रवाहित की जा रही है।

क्रियाकलाप 5.5

  • किसी फल का रस या चीनी का घोल लेकर उसमें कुछ यीस्ट डालिए। एक छिद्र वाली कॉर्क लगी परखनली में इस मिश्रण को ले जाइए।
  • कॉर्क में मुड़ी हुई काँच की नली लगाइए। काँच की नली के स्वतंत्र सिरे को ताज़ा तैयार चूने के पानी वाली परखनली में ले जाइए।
  • चूने के पानी में होने वाले परिवर्तन को तथा इस परिवर्तन में लगने वाले समय के अवलोकन को नोट कीजिए।
  • किण्वन के उत्पाद के बारे में यह हमें क्या दर्शाता है?

पिछले अनुभाग में हम जीवों में पोषण पर चर्चा कर चुके हैं। जिन खाद्य पदार्थों का अंतर्ग्रहण पोषण प्रक्रम के लिए होता है कोशिकाएँ उनका उपयोग विभिन्न जैव प्रक्रम के लिए ऊर्जा प्रदान करने के लिए करती हैं। विविध जीव इसे भिन्न विधियों द्वारा करते हैं- कुछ जीव ऑक्सीजन का उपभोग, ग्लूकोज़ को पूर्णतः कार्बन डाइऑक्साइड तथा जल में, विखंडित करने के लिए करते हैं, जबकि कुछ अन्य जीव दसरे पथ (चित्र 5.8) का उपयोग करते हैं, जिसमें ऑक्सीजन प्रयुक्त नहीं होती है। इन सभी अवस्थाओं में पहला चरण ग्लूकोज़, एक छः कार्बन वाले अणु का तीन कार्बन वाले अणु पायरुवेट में विखंडन है। यह प्रक्रम कोशिकाद्रव्य में होता है। इसके पश्चात पायरुवेट इथेनॉल तथा कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तित हो सकता है। यह प्रक्रम किण्वन के समय यीस्ट में होता है, क्योंकि यह प्रक्रम वायु (ऑक्सीजन) की अनुपस्थिति में होता है, इसे अवायवीय श्वसन कहते हैं। पायरुवेट का विखंडन ऑक्सीजन का उपयोग करके माइटोकॉन्ड्रिया में होता है। यह प्रक्रम तीन कार्बन वाले पायरुवेट के अणु को विखंडित करके तीन कार्बन डाइऑक्साइड के अणु देता है। दूसरा उत्पाद जल है, क्योंकि यह प्रक्रम वायु (ऑक्सीजन) की उपस्थिति में होता है, यह वायवीय श्वसन कहलाता है। वायवीय श्वसन में ऊर्जा का मोचन अवायवीय श्वसन की अपेक्षा बहुत अधिक होता है। कभी-कभी जब हमारी पेशी कोशिकाओं में ऑक्सीजन का अभाव हो जाता है, पायरुवेट के विखंडन के लिए दूसरा पथ अपनाया जाता है, यहाँ पायरुवेट एक अन्य तीन कार्बन वाले अणु लैक्टिक अम्ल में परिवर्तित हो जाता है। अचानक किसी क्रिया के होने से हमारी पेशियों में लैक्टिक अम्ल का निर्माण होना क्रैम्प का कारण हो सकता है।

चित्र 5.8 भिन्न पथों द्वारा ग्लूकोज का विखंडन

कोशिकीय श्वसन द्वारा मोचित ऊर्जा तत्काल ही ए.टी.पी. (ATP) नामक अणु के संश्लेषण में प्रयुक्त हो जाती है जो कोशिका की अन्य क्रियाओं के लिए ईंधन की तरह प्रयुक्त होता है। ए.टी. पी. के विखंडन से एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा मोचित होती है जो कोशिका के अंदर होने वाली आंतरोष्मि (endothermic) क्रियाओं का परिचालन करती है।

यह भी जानिए!

ए.टी.पी.

अधिकांश कोशिकीय प्रक्रमों के लिए ए.टी.पी ऊर्जा मुद्रा है। श्वसन प्रक्रम में मोचित ऊर्जा का उपयोग ए.डी.पी. (ADP) तथा अकार्बनिक फॉस्फेट से ए.टी.पी. अणु बनाने में किया जाता है।

$ \mathrm{ADP}+\mathrm{P} \xrightarrow{\text { ऊर्जा }} \mathrm{ADP} \sim(\mathrm{P}=\mathrm{ATP} $

(P): फॉस्फेट

आंतरोष्मि प्रक्रम कोशिका के अंदर तब इसी ए.टी.पी. का उपयोग क्रियाओं के परिचालन में करते हैं। जल का उपयोग करने के बाद ए.टी.पी. में जब अंतस्थ फॉस्फेट सहलग्नता खंडित होती है तो $30.5 \mathrm{~kJ} / \mathrm{mol}$ के तुल्य ऊर्जा मोचित होती है।
सोचिए कैसे एक बैटरी विभिन्न प्रकार के उपयोग के लिए ऊर्जा प्रदान करती है। यह यांत्रिक ऊर्जा, प्रकाश ऊर्जा, विद्युत ऊर्जा और इसी प्रकार अन्य के लिए उपयोग में लाई जाती है। इसी तरह कोशिका में ए.टी.पी. का उपयोग पेशियों के सिकुड़ने, प्रोटीन संश्लेषण, तंत्रिका आवेग का संचरण आदि अनेक क्रियाओं के लिए किया जा सकता है।

क्योंकि वायवीय श्वसन पथ ऑक्सीजन पर निर्भर करता है, अतः वायवीय जीवों को यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि पर्याप्त मात्रा में ऑक्सीजन ग्रहण की जा रही है। हम देख चुके हैं कि पौधे गैसों का आदान-प्रदान रंध्र के द्वारा करते हैं और अंतर्कोशिकीय अवकाश यह सुनिश्चित करते हैं कि सभी कोशिकाएँ वायु के संपर्क में हैं। यहाँ कार्बन डाइऑक्साइड तथा ऑक्सीजन का आदान-प्रदान विसरण द्वारा होता है। ये कोशिकाओं में या उससे दूर बाहर वायु में जा सकती हैं। विसरण की दिशा पर्यावरणीय अवस्थाओं तथा पौधे की आवश्यकता पर निर्भर करती है। रात्रि में, जब कोई प्रकाश संश्लेषण की क्रिया नहीं हो रही है, कार्बन डाइऑक्साइड का निष्कासन ही मुख्य आदान-प्रदान क्रिया है। दिन में, श्वसन के दौरान निकली $\mathrm{CO} _{2}$ प्रकाश संश्लेषण में प्रयुक्त हो जाती है अतः कोई $\mathrm{CO} _{2}$ नहीं निकलती है। इस समय ऑक्सीजन का निकलना मुख्य घटना है।

जंतुओं में पर्यावरण से ऑक्सीजन लेने और उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड से छुटकारा पाने के लिए भिन्न प्रकार के अंगों का विकास हुआ। स्थलीय जंतु वायुमंडलीय ऑक्सीजन लेते हैं, परंतु जो जंतु जल में रहते हैं, उन्हें जल में विलेय ऑक्सीजन ही उपयोग करने की आवश्यकता है।

क्रियाकलाप 5.6

  • एक जलशाला में मछली का अवलोकन कीजिए। वे अपना मुँह खोलती और बंद करती रहती हैं। साथ ही आँखों के पीछे क्लोमछिद्र (या क्लोमछिद्र को ढकने वाला प्रच्छद) भी खुलता और बंद होता रहता है। क्या मुँह और क्लोमछिद्र के खुलने और बंद होने के समय में किसी प्रकार का समन्वय है?
  • गिनती करो कि मछली एक मिनट में कितनी बार मुँह खोलती और बंद करती है।
  • इसकी तुलना आप अपनी श्वास को एक मिनट में अंदर और बाहर करने से कीजिए।

जो जीव जल में रहते हैं, वे जल में विलेय ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं, क्योंकि जल में विलेय ऑक्सीजन की मात्रा वायु में ऑक्सीजन की मात्रा की तुलना में बहुत कम है, इसलिए जलीय जीवों की श्वास दर स्थलीय जीवों की अपेक्षा द्रुत होती है। मछली अपने मुँह के द्वारा जल लेती है तथा बलपूर्वक इसे क्लोम तक पहुँचाती है, जहाँ विलेय ऑक्सीजन रुधिर ले लेता है।

स्थलीय जीव श्वसन के लिए वायुमंडल की ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं। विभिन्न जीवों में यह ऑक्सीजन भिन्न-भिन्न अंगों द्वारा अवशोषित की जाती है। इन सभी अंगों में एक रचना होती है, जो उस सतही क्षेत्रफल को बढ़ाती है, जो ऑक्सीजन बाहुल्य वायुमंडल के संपर्क में रहता है।
क्योंकि ऑक्सीजन व कार्बन डाइऑक्साइड का विनिमय इस सतह के आर-पार होता है, अतः यह सतह बहुत पतली तथा मुलायम होती है। इस सतह की रक्षा के उद्देश्य से यह शरीर के अंदर अवस्थित होती है। अतः इस क्षेत्र में वायु आने के लिए कोई रास्ता होना चाहिए। इसके अतिरिक्त जहाँ ऑक्सीजन अवशोषित होती है, उस क्षेत्र में वायु अंदर और बाहर होने के लिए एक क्रियाविधि होती है।

मनुष्य में (चित्र 5.9), वायु शरीर के अंदर नासाद्वार द्वारा जाती है। नासाद्वार द्वारा जाने वाली वायु मार्ग में उपस्थित महीन बालों द्वारा निस्पंदित हो जाती है, जिससे शरीर में जाने वाली वायु धूल तथा दूसरी अशुद्धियाँ रहित होती है। इस मार्ग में श्लेष्मा की परत होती है, जो इस प्रक्रम में सहायक होती है। यहाँ से वायु कंठ द्वारा फुफ्फुस में प्रवाहित होती है। कंठ में उपास्थि के वलय उपस्थित होते हैं। यह सुनिश्चित करता है कि वायु मार्ग निपतित न हो।

और अधिक जानें

तंबाकू का सीधे उपयोग या सिगार, सिगरेट, बीड़ी, हुक्का, गुटका आदि के रूप में किसी भी उत्पाद का उपयोग हानिकारक है। तंबाकू का उपयोग आमतौर पर जीभ, फेफड़ों, दिल और यकृत को प्रभावित करता है। धुआँ रहित तंबाकू भी दिल के दौरे, स्ट्रोक, फुफ्फुसीय बीमारियों और कैंसर के कई अन्य रूपों के लिए एक प्रमुख कारक है। भारत में गुटका सेवन से मुख के कैंसर की घटनाएँ बढ़ रही हैं। स्वस्थ रहें बस तंबाकू से बने उत्पादों को न कहें!

चित्र 5.9 मानव श्वसन तंत्र

क्या आप जानते हैं?

धूम्रपान स्वास्थ्य के लिए हानिकारक है

फेफड़े का कैंसर दुनिया में मौत के सामान्य कारणों में से एक है। श्वासनली के ऊपरी हिस्से में छोटी-छोटी बालों जैसी संरचनाएँ होती हैं, जिन्हें सिलिया कहते हैं। ये सिलिया साँस लेते वक्त अंदर ली जाने वाली वायु से रोगाणु, धूल और अन्य हानिकारक कणों को हटाने में मदद करती हैं। धूम्रपान करने से ये बालों जैसी संरचनाएँ नष्ट हो जाती हैं, जिससे रोगाणु, धूल, धुआँ और अन्य हानिकारक रसायन फेफड़ों में प्रवेश कर जाते हैं, जो संक्रमण, खाँसी और यहाँ तक कि फेफड़ों के कैंसर का भी कारण बनते हैं।

फुफ्फुस के अंदर मार्ग छोटी और छोटी नलिकाओं में विभाजित हो जाता है, जो अंत में गुब्बारे जैसी रचना में अंतकृत हो जाता है, जिसे कूपिका कहते हैं। कूपिका एक सतह उपलब्ध कराती है, जिससे गैसों का विनिमय हो सकता है। कूपिकाओं की भित्ति में रुधिर वाहिकाओं का विस्तीर्ण जाल होता है। जैसा हम प्रारंभिक वर्षों में देख चुके हैं, जब हम श्वास अंदर लेते हैं, हमारी पसलियाँ ऊपर उठती हैं और हमारा डायाफ्राम चपटा हो जाता है, इसके परिणामस्वरूप वक्षगुहिका बड़ी हो जाती है। इस कारण वायु फुफ्फुस के अंदर चूस ली जाती है और विस्तृत कूपिकाओं को भर लेती है। रुधिर शेष शरीर से कार्बन डाइऑक्साइड कूपिकाओं में छोड़ने के लिए लाता है। कूपिका रुधिर वाहिका का रुधिर कूपिका वायु से ऑक्सीजन लेकर शरीर की सभी कोशिकाओं तक पहुँचाता है। श्वास चक्र के समय जब वायु अंदर और बाहर होती है, फुफ्फुस सदैव वायु का अवशिष्ट आयतन रखते हैं, जिससे ऑक्सीजन के अवशोषण तथा कार्बन डाइऑक्साइड के मोचन के लिए पर्याप्त समय मिल जाता है।

जैसे-जैसे जंतुओं के शरीर का आकार बढ़ता है, अकेला विसरण दाब शरीर के सभी अंगों में ऑक्सीजन पहुँचाने के लिए अपर्याप्त है, उसकी दक्षता कम हो जाती है। फुफ्फुस की वायु से श्वसन वर्णक ऑक्सीजन लेकर, उन ऊतकों तक पहुँचाते हैं, जिनमें ऑक्सीजन की कमी है। मानव में श्वसन वर्णक हीमोग्लोबिन है, जो ऑक्सीजन के लिए उच्च बंधुता रखता है। यह वर्णक लाल रुधिर कणिकाओं में उपस्थित होता है। कार्बन डाइऑक्साइड जल में अधिक विलेय है और इसलिए इसका परिवहन हमारे रुधिर में विलेय अवस्था में होता है।

क्या आप जानते हैं?

  • यदि कूपिकाओं की सतह को फैला दिया जाए तो यह लगभग 80 वर्ग मीटर क्षेत्र ढक लेगी। क्या आप अनुमान लगा सकते हैं कि आपके अपने शरीर का सतही क्षेत्रफल कितना होगा? विचार कीजिए कि विनिमय के लिए विस्तृत सतह उपलब्ध होने पर गैसों का विनिमय कितना दक्ष हो जाता है।
  • यदि हमारे शरीर में विसरण द्वारा ऑक्सीजन गति करती तो हमारे फुफ्फुस से ऑक्सीजन के एक अणु को पैर के अंगुष्ठ तक पहुँचने में अनुमानतः 3 वर्ष का समय लगेगा। क्या आपको इससे प्रसन्नता नहीं हुई कि हमारे पास हीमोग्लोबिन है।

प्रश्न

1. श्वसन के लिए ऑक्सीजन प्राप्त करने की दिशा में एक जलीय जीव की अपेक्षा स्थलीय जीव किस प्रकार लाभप्रद है?

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2. ग्लकोज़ के ऑक्सीकरण से भिन्न जीवों में ऊर्जा प्राप्त करने के विभिन्न पथ क्या हैं?

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3. मनुष्यों में ऑक्सीजन तथा कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन कैसे होता है?

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4. गैसों के विनिमय के लिए मानव-फुफ्फुस में अधिकतम क्षेत्रफल को कैसे अभिकल्पित किया है?

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5.4 वहन

5.4.1 मानव में वहन

क्रियाकलाप 5.7

  • अपने आस-पास के एक स्वास्थ्य केंद्र का भ्रमण कीजिए और ज्ञात कीजिए कि मनुष्यों में हीमोग्लोबिन की मात्रा का सामान्य परिसर क्या है?
  • क्या यह बच्चे और वयस्क के लिए समान है?
  • क्या पुरुष और महिलाओं के हीमोग्लोबिन स्तर में कोई अंतर है?
  • अपने आस-पास के एक पशु चिकित्सा क्लीनिक का भ्रमण कीजिए। ज्ञात कीजिए कि पशुओं, जैसे भैंस या गाय में हीमोग्लोबिन की मात्रा का सामान्य परिसर क्या है?
  • क्या यह मात्रा बछड़ों में, नर तथा मादा जंतुओं में समान है?
  • नर तथा मादा मानव में व जंतुओं में दिखाई देने वाले अंतर की तुलना कीजिए।
  • यदि कोई अंतर है तो उसे कैसे समझाओगे?

पिछले अनुभाग में हम देख चुके हैं कि रुधिर भोजन, ऑक्सीजन तथा वर्ज्य पदार्थों का हमारे शरीर में वहन करता है। कक्षा 9 में हमने सीखा था कि रुधिर एक तरल संयोजी ऊतक है। रुधिर में एक तरल माध्यम होता है, जिसे प्लाज्मा कहते हैं, इसमें कोशिकाएँ निलंबित होती हैं। प्लाज्मा भोजन, कार्बन डाइऑक्साइड तथा नाइट्रोजनी वर्ज्य पदार्थ का विलीन रूप में वहन करता है। ऑक्सीजन को लाल रुधिर कणिकाएँ ले जाती हैं। बहुत से अन्य पदार्थ जैसे लवण का वहन भी रुधिर के द्वारा होता है। अतः हमें एक पंपनयंत्र की आवश्यकता है, जो रुधिर को अंगों के आस-पास धकेल सके, नलियों के एक परिपथ की आवश्यकता है, जो रुधिर को सभी ऊतकों तक भेज सके तथा एक तंत्र की जो यह सुनिश्चित करे कि इस परिपथ में यदि कभी टूट-फूट होती है तो उसकी मरम्मत हो सके।

हमारा पंप-हदय

हृदय एक पेशीय अंग है, जो हमारी मुट्ठी के आकार (चित्र 5.10) का होता है। क्योंकि रुधिर को ऑक्सीजन व कार्बन डाइऑक्साइड दोनों का ही वहन करना होता है। अतः ऑक्सीजन प्रचुर चित्र 5.10 मानव हृदय का व्यवस्थात्मक काट दृश्य रुधिर को कार्बन डाइऑक्साइड युक्त रुधिर से मिलने को रोकने के लिए हृदय कई कोष्ठों में बँटा होता है। कार्बन डाइऑक्साइड प्रचुर रुधिर को कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ने के लिए फुफ्फुस में जाना होता है तथा फुफ्फुस से वापस ऑक्सीजनित रुधिर को हृदय में लाना होता है। यह ऑक्सीजन प्रचुर रुधिर तब शरीर के शेष हिस्सों में पंप किया जाता है।

चित्र 5.10 मानव हृदय का व्यवस्थात्मक काट दृश्य

हम इस प्रक्रम को विभिन्न चरणों (चित्र 5.11) में समझ सकते हैं। ऑक्सीजन प्रचुर रुधिर फुफ्फुस से हृदय में बाईं ओर स्थित कोष्ठ- बायाँ अलिंद में आता है। इस रुधिर को एकत्रित करते समय बायाँ अलिंद शिथिल रहता है। जब अगला कोष्ठ बायाँ निलय फैलता है तब यह संकुचित होता है, जिससे रुधिर इसमें स्थानांतरित होता है। अपनी बारी पर जब पेशीय बायाँ निलय संकुचित होता है, तब रुधिर शरीर में पंपित हो जाता है। ऊपर वाला दायाँ कोष्ठ, दायाँ अलिंद जब फैलता है तो शरीर से विऑक्सीजनित रुधिर इसमें आ जाता है। जैसे ही दायाँ अलिंद संकुचित होता है, नीचे वाला संगत कोष्ठ, दायाँ निलय फैल जाता है। यह रुधिर को दाएँ निलय में स्थानांतरित कर देता है, जो रुधिर को ऑक्सीजनीकरण हेतु अपनी बारी पर फुफ्फुस में पंप कर देता है। अलिंद की अपेक्षा निलय की पेशीय भित्ति मोटी होती है, क्योंकि निलय को पूरे शरीर में रुधिर भेजना होता है। जब अलिंद या निलय संकुचित होते हैं तो वाल्व उल्टी दिशा में रुधिर प्रवाह को रोकना सुनिश्चित करते हैं।

फुफ्फुस में ऑक्सीजन रुधिर में प्रवेश करती है।

हृदय का दायाँ व बायाँ बँटवारा ऑक्सीजनित तथा विऑक्सीजनित रुधिर को मिलने से रोकने में लाभदायक होता है। इस तरह का बँटवारा शरीर को उच्च दक्षतापूर्ण ऑक्सीजन की पूर्ति कराता है। पक्षी और स्तनधारी सरीखे जंतुओं को जिन्हें उच्च ऊर्जा की आवश्यकता है, यह बहुत लाभदायक है, क्योंकि इन्हें अपने शरीर का तापक्रम बनाए रखने के लिए स्थल चर या बहुत से सरीसृप जैसे जंतुओं में तीन कोष्ठीय हृदय होता है और ये ऑक्सीजनित तथा विऑक्सीजनित रुधिर धारा को कुछ सीमा तक मिलना भी सहन कर लेते हैं। दूसरी ओर मछली के हृदय में केवल दो कोष्ठ होते हैं। यहाँ से रुधिर क्लोम में भेजा जाता है, जहाँ यह ऑक्सीजनित होता है और सीधा शरीर में भेज दिया जाता है। इस तरह मछलियों के शरीर में एक चक्र में केवल एक बार ही रुधिर हृदय में जाता है। दूसरी ओर अन्य कशेरुकी में प्रत्येक चक्र में यह दो बार हृदय में जाता है। इसे दोहरा परिसंचरण कहते हैं।

चित्र 5.11 ऑक्सीजन तथा कार्बन डाइऑक्साइड के परिवहन तथा विनिमय का व्यवस्थात्मक निरूपण

यह भी जानिए!

रक्तदाब

रुधिर वाहिकाओं की भित्ति के विरुद्ध जो दाब लगता है, उसे रक्तदाब कहते हैं। यह दाब शिराओं की अपेक्षा धमनियों में बहुत अधिक होता है। धमनी के अंदर रुधिर का दाब निलय प्रंकुचन (संकुचन) के दौरान प्रकुंचन दाब तथा निलय अनुशिथिलन (शिथिलन) के दौरान धमनी के अंदर का दाब अनुशिथिलन दाब कहलाता है। सामान्य प्रकुंचन दाब लभगग $120 \mathrm{~mm}$ (पारा) तथा अनुशिथिलन दाब लगभग $80 \mathrm{~mm}$ (पारा) होता है।

स्फाईग्मोमैनोमीटर नामक यंत्र से रक्तदाब नापा जाता है। उच्च रक्तदाब को अति तनाव भी कहते हैं और इसका कारण धमनिकाओं का सिकुड़ना है, इससे रक्त प्रवाह में प्रतिरोध बढ़ जाता है। इससे धमनी फट सकती है तथा आंतरिक रक्तस्रवण हो सकता है।

नलिकाएँ- रुधिर वाहिकाएँ

धमनी वे रुधिर वाहिकाएँ हैं, जो रुधिर को हृदय से शरीर के विभिन्न अंगों तक ले जाती हैं। धमनी की भित्ति मोटी तथा लचीली होती है, क्योंकि रुधिर हद्य से उच्च दाब से निकलता है। शिराएँ विभिन्न अंगों से रुधिर एकत्र करके वापस हृदय में लाती हैं। उनमें मोटी भित्ति की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि रुधिर में दाब होता है, बल्कि उनमें रुधिर को एक ही दिशा में प्रवाहित करने के लिए वाल्व होते हैं।

किसी अंग या ऊतक तक पहुँचकर धमनी उत्तरोत्तर छोटी-छोटी वाहिकाओं में विभाजित हो जाती है, जिससे सभी कोशिकाओं से रुधिर का संपर्क हो सके। सबसे छोटी वाहिकाओं की भित्ति एक कोशिकीय मोटी होती है और रुधिर एवं आस-पास की केशिकाओं के मध्य पदार्थों का विनिमय इस पतली भित्ति के द्वारा ही होता है। केशिकाएँ तब आपस में मिलकर शिराएँ बनाती हैं तथा रुधिर को अंग या ऊतक से दूर ले जाती हैं।

प्लेटलैट्स द्वारा अनुरक्षण

इन नलिकाओं के तंत्र में यदि रिसना प्रारंभ हो जाए तो क्या होगा? उस स्थिति पर विचार कीजिए जब हम घायल हो जाएँ और रक्तस्राव होने लगे। तंत्र से रुधिर की हानि प्राकृतिक रूप से कम से कम होनी चाहिए। इसके अतिरिक्त रक्तस्राव से दाब में कमी आ जाएगी, जिससे पंपिंग प्रणाली की दक्षता में कमी आ जाएगी। इसे रोकने के लिए रुधिर में प्लेटलैट्स कोशिकाएँ होती हैं जो पूरे शरीर में भ्रमण करती हैं और रक्तस्राव के स्थान पर रुधिर का थक्का बनाकर मार्ग अवरुद्ध कर देती हैं।

लसीका

एक अन्य प्रकार का द्रव है, जो वहन में भी सहायता करता है। इसे लसीका या ऊतक तरल कहते हैं। केशिकाओं की भित्ति में उपस्थित छिद्रों द्वारा कुछ प्लाज्मा, प्रोटीन तथा रुधिर कोशिकाएँ बाहर निकलकर ऊतक के अंतर्कोशिकीय अवकाश में आ जाते हैं तथा ऊतक तरल या लसीका का निर्माण करते हैं। यह रुधिर के प्लाज्मा की तरह ही है, लेकिन यह रंगहीन तथा इसमें अल्पमात्रा में प्रोटीन होते हैं। लसीका अंतर्कोशिकीय अवकाश से लसीका केशिकाओं में चला जाता है जो आपस में मिलकर बड़ी लसीका वाहिका बनाती है और अंत में बड़ी शिरा में खुलती है। पचा हुआ तथा क्षुद्रांत्र द्वारा अवशोषित वसा का वहन लसीका द्वारा होता है और अतिरिक्त तरल को बाह्य कोशिकीय अवकाश से वापस रुधिर में ले जाता है।

5.4.2 पादपों में परिवहन

हम पहले चर्चा कर चुके हैं कि पादप किस तरह $\mathrm{CO} _{2}$ सरीखे सरल यौगिक लेते हैं और प्रकाश संश्लेषण द्वारा ऊर्जा का भंडारण क्लोरोफिल युक्त अंगों विशेष रूप से पत्तियों में करते हैं। पादप शरीर के निर्माण के लिए आवश्यक कच्ची सामग्री अलग से प्राप्त की जाती है। पौधों के लिए नाइट्रोजन, फास्फोरस तथा दूसरे खनिज लवणों के लिए मृदा निकटतम तथा प्रचुरतम स्रोत है। इसलिए इन पदार्थों का अवशोषण जड़ों द्वारा, जो मृदा के संपर्क में रहती हैं, किया जाता है। यदि मृदा के संपर्क वाले अंगों में तथा क्लोरोफिल युक्त अंगों में दूरी बहुत कम है तो ऊर्जा व कच्ची सामग्री पादप शरीर के सभी भागों में आसानी से विसरित हो सकती है। यदि पादप शरीर की अभिकल्पना में परिवर्तन के कारण ये दूरियाँ बढ़ जाती हैं तो पत्तियों में कच्ची सामग्री तथा जड़ों में ऊर्जा उपलब्ध कराने के लिए विसरण प्रक्रम पर्याप्त नहीं होगा। ऐसी परिस्थिति में परिवहन की एक सुदृढ़ प्रणाली आवश्यक हो जाती है।

विभिन्न शरीर अभिकल्पना के लिए ऊर्जा की आवश्यकता भिन्न होती है। पादप प्रचलन नहीं करते हैं, और पादप शरीर का एक बड़ा अनुपात अनेक ऊतकों में मृत कोशिकाओं का होता है। इसके परिणामस्वरूप पादपों को कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है तथा वे अपेक्षाकृत धीमी वहन तंत्र प्रणाली का उपयोग कर सकते हैं। वे जिन दूरियों पर परिवहन तंत्र का प्रचालन कर रहे हैं, लंबे वृक्षों में वे बहुत अधिक हो सकती हैं।

पादप वहन तंत्र पत्तियों से भंडारित ऊर्जा युक्त पदार्थ तथा जड़ों से कच्ची सामग्री का वहन करेगा। ये दो पथ स्वतंत्र संगठित चालन नलिकाओं से निर्मित हैं। एक जाइलम है, जो मृदा से प्राप्त जल और खनिज लवणों को वहन करता है। दूसरा फ्लोएम, पत्तियों से जहाँ प्रकाश संश्लेषण के उत्पाद संश्लेषित होते हैं, पौधे के अन्य भागों तक वहन करता है। हम इन ऊतकों की रचना विस्तार से कक्षा 9 में पढ़ चुके हैं।

जल का परिवहन

जाइलम ऊतक में जड़ों, तनों और पत्तियों की वाहिनिकाएँ तथा वाहिकाएँ आपस में जुड़कर जल संवहन वाहिकाओं का एक सतत जाल बनाती हैं, जो पादप के सभी भागों से संबद्ध होता है। जड़ों की कोशिकाएँ मृदा के संपर्क में हैं तथा वे सक्रिय रूप से आयन प्राप्त करती हैं। यह जड़ और मृदा के मध्य आयन सांद्रण में एक अंतर उत्पन्न करता है। इस अंतर को समाप्त करने के लिए मृदा से जल जड़ में प्रवेश कर जाता है। इसका अर्थ है कि जल अनवरत गति से जड़ के जाइलम में जाता है और जल के स्तंभ का निर्माण करता है जो लगातार ऊपर की ओर धकेला जाता है।

जो हम आमतौर पर पादपों की ऊँचाई देखते हैं, यह दाब जल को वहाँ तक पहुँचाने के लिए स्वयं में पर्याप्त नहीं है। पादप जाइलम द्वारा अपने सबसे ऊँचाई के बिंदु तक जल पहुँचाने की कोई और युक्ति करते हैं।

क्रियाकलाप 5.8

  • लगभग एक ही आकार के तथा बराबर मृदा वाले दो गमले लीजिए। एक में पौधा लगा दीजिए तथा दूसरे गमले में पौधे की ऊँचाई की एक छड़ी लगा दीजिए।
  • दोनों गमलों की मिट्टी प्लास्टिक की शीट से ढक दीजिए जिसमें नमी का वाष्पन न हो सके।
  • दोनों गमलों को, एक को पौधे के साथ तथा दूसरे को छड़ी के साथ, प्लास्टिक शीट से ढक दीजिए।
  • क्या आप दोनों में कोई अंतर देखते हैं?

यह मानकर कि पादप को पर्याप्त जलापूर्ति है, जिस जल की रंध्र के द्वारा हानि हुई है, उसका प्रतिस्थापन पत्तियों में जाइलम वाहिकाओं द्वारा हो जाता है। वास्तव में कोशिका से जल के अणुओं का वाष्पन एक चूषण उत्पन्न करता है, जो जल को जड़ों में उपस्थित जाइलम कोशिकाओं द्वारा खींचता है। पादप के वायवीय भागों द्वारा वाष्प के रूप में जल की हानि वाष्पोत्सर्जन कहलाती है।

अतः वाष्पोत्सर्जन, जल के अवशोषण एवं जड़ से पत्तियों तक जल तथा उसमें विलेय खनिज लवणों के उपरिमुखी गति में सहायक है। यह ताप के नियमन में भी सहायक है। जल के वहन में मूल दाब रात्रि के समय विशेष रूप से प्रभावी है। दिन में जब रंध्र खुले हैं वाष्पोत्सर्जन कर्षण, जाइलम में जल की गति के लिए, मुख्य प्रेरक बल होता है।

चित्र 5.12 एक वृक्ष में वाष्पोत्सर्जन के समय जल की गति

भोजन तथा दूसरे पदार्थों का स्थानांतरण

अब तक हम पादप में जल और खनिज लवणों की चर्चा कर चुके हैं। अब हम चर्चा करते हैं कि उपापचयी क्रियाओं के उत्पाद, विशेष रूप से प्रकाश संश्लेषण, जो पत्तियों में होता है तथा पादप के अन्य भागों में कैसे भेजे जाते हैं। प्रकाश संश्लेषण के विलेय उत्पादों का वहन स्थानांतरण कहलाता है और यह चित्र 5.12 एक वृक्ष में वाष्पोत्सर्जन के समय जल की गति संवहन ऊतक के फ्लोएम नामक भाग द्वारा होता है। प्रकाश संश्लेषण के उत्पादों के अलावा फ्लोएम अमीनो अम्ल तथा अन्य पदार्थों का परिवहन भी करता है। ये पदार्थ विशेष रूप से जड़ के भंडारण अंगों, फलों, बीजों तथा वृद्धि वाले अंगों में ले जाए जाते हैं। भोजन तथा अन्य पदार्थों का स्थानांतरण संलग्न साथी कोशिका की सहायता से चालनी नलिका में उपरिमुखी तथा अधोमुखी दोनों दिशाओं में होता है।

जाइलम द्वारा परिवहन जिसे सामान्य भौतिक बलों द्वारा समझाया जा सकता है, से विपरीत फ्लोएम द्वारा स्थानांतरण है, जो ऊर्जा के उपयोग से पूरा होता है। सुक्रोज सरीखे पदार्थ फ्लोएम ऊतक में ए.टी.पी. से प्राप्त ऊर्जा से ही स्थानांतरित होते हैं। यह ऊतक का परासरण दाब बढ़ा देता है, जिससे जल इसमें प्रवेश कर जाता है। यह दाब पदार्थों को फ्लोएम से उस ऊतक तक ले जाता है, जहाँ दाब कम होता है। यह फ्लोएम को पादप की आवश्यकता के अनुसार पदार्थों का स्थानांतरण कराता है, उदाहरण के लिए- बसंत में जड़ व तने के ऊतकों में भंडारित शर्करा का स्थानांतरण कलिकाओं में होता है, जिसे वृद्धि के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

प्रश्न

1. मानव में वहन तंत्र के घटक कौन से हैं? इन घटकों के क्या कार्य हैं?

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2. स्तनधारी तथा पक्षियों में ऑक्सीजनित तथा विऑक्सीजनित रुधिर को अलग करना क्यों आवश्यक है?

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3. उच्च संगठित पादप में वहन तंत्र के घटक क्या हैं?

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4. पादप में जल और खनिज लवण का वहन कैसे होता है?

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5. पादप में भोजन का स्थानांतरण कैसे होता है?

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5.5 उत्सर्जन

हम चर्चा कर चुके हैं कि जीव प्रकाश संश्लेषण तथा श्वसन में जनित वर्ज्य गैसों से कैसे छुटकारा पाते हैं। अन्य उपापचयी क्रियाओं में जनित नाइट्रोजन युक्त पदार्थों का निकलना आवश्यक है। वह जैव प्रक्रम, जिसमें इन हानिकारक उपापचयी वर्ज्य पदार्थों का निष्कासन होता है, उत्सर्जन कहलाता है। विभिन्न जंतु इसके लिए विविध युक्तियाँ करते हैं। बहुत से एककोशिक जीव इन अपशिष्टों को शरीर की सतह से जल में विसरित कर देते हैं। जैसा हम अन्य प्रक्रम में देख चुके हैं, जटिल बहुकोशिकीय जीव इस कार्य को पूरा करने के लिए विशिष्ट अंगों का उपयोग करते हैं।

5.5.1 मानव में उत्सर्जन

मानव के उत्सर्जन तंत्र (चित्र 5.13) में एक जोड़ा वृक्क, एक मूत्रवाहिनी, एक मूत्राशय तथा एक मूत्रमार्ग होता है। वृक्क उदर में रीढ़ की हड्डी के दोनों ओर स्थित होते हैं। वृक्क में मूत्र बनने के बाद मूत्रवाहिनी में होता हुआ मत्राशय में आ जाता है तथा यहाँ तब तक एकत्र रहता है, जब तक मूत्रमार्ग से यह निकल नहीं जाता है।

चित्र 5.13 मानव उत्सर्जन तंत्र

मूत्र किस प्रकार तैयार होता है? मूत्र बनने का उद्देश्य रुधिर में से वर्ज्य पदार्थों को छानकर बाहर करना है। फुफ्फुस में $\mathrm{CO} _{2}$ रुधिर से अलग हो जाती है, जबकि नाइट्रोजनी वर्ज्य पदार्थ जैसे यूरिया या यूरिक अम्ल वृक्क में रुधिर से अलग कर लिए जाते हैं। यह कोई आश्चर्य की बात नहीं कि वृक्क में आधारी निस्यंदन एकक, फुफ्फुस की तरह ही, बहुत पतली भित्ति वाली रुधिर केशिकाओं का गुच्छ होता है। वृक्क में प्रत्येक केशिका गुच्छ, एक नलिका के कप के आकार के सिरे के अंदर होता है। यह नलिका छने हुए मूत्र (चित्र 5.14) को एकत्र करती है। प्रत्येक वृक्क में ऐसे अनेक निस्यंदन एकक होते हैं, जिन्हें वृक्काणु (नेफ्रॉन) कहते हैं, जो आपस में निकटता से पैक रहते हैं। प्रारंभिक निस्यंद में कुछ पदार्थ, जैसे- ग्लूकोज, अमीनो अम्ल, लवण और प्रचुर मात्रा में जल रह जाते हैं। जैसे-जैसे मत्र इस नलिका में प्रवाहित होता है इन पदार्थों का चयनित पुनरवशोषण हो जाता है। जल की मात्रा पुनरवशोषण शरीर में उपलब्ध अतिरिक्त जल की मात्रा पर, तथा कितना विलेय वर्ज्य उत्सर्जित करना है, पर निर्भर करता है। प्रत्येक वृक्क में बनने वाला मूत्र एक लंबी नलिका, मूत्रवाहिनी में प्रवेश करता है, जो वृक्क को मूत्राशय से जोड़ती है। मूत्राशय में मूत्र भंडारित रहता है जब तक कि फैले हुए मूत्राशय का दाब मूत्रमार्ग द्वारा उसे बाहर न कर दे। मूत्राशय पेशीय होता है। अतः यह तंत्रिका नियंत्रण में है, इसकी चर्चा हम कर चुके हैं। परिणामस्वरूप हम प्रायः मूत्र निकासी को नियंत्रित कर लेते हैं।

चित्र 5.14 एक वृक्काणु की रचना

क्या आप जानते हैं?

कृत्रिम वृक्क (अपोहन)

उत्तरजीविता के लिए वृक्क जैव अंग हैं। कई कारक, जैसे- संक्रमण, आघात या वृक्क में सीमित रुधिर प्रवाह, वृक्क की क्रियाशीलता को कम कर देते हैं। यह शरीर में विषैले अपशिष्ट को संचित कराता है, जिससे मृत्यु भी हो सकती है। वक्क के अपक्रिय होने की अवस्था में कृत्रिम वृक्क का उपयोग किया जा सकता है। एक कृत्रिम वृक्क नाइट्रोजनी अपशिष्ट उत्पार्दों को रुधिर से अपोहन (dialysis) द्वारा निकालने की एक युक्ति है।

कृत्रिम वृक्क बहुत सी अर्धपारगम्य आस्तर वाली नलिकाओं से युक्त होती है। ये नलिकाएँ अपोहन द्रव से भरी टंकी में लगी होती हैं। इस द्रव का परासरण दाब रुधिर जैसा ही होता है, लेकिन इसमें नाइट्रोजनी अपशिष्ट नहीं होते हैं। रोगी के रुधिर को इन नलिकाओं से प्रवाहित कराते हैं। इस मार्ग में रुधिर से अपशिष्ट उत्पाद विसरण द्वारा अपोहन द्रव में आ जाते हैं। शुद्धिकृत रुधिर वापस रोगी के शरीर में पंपित कर दिया जाता है। यह वृक्क के कार्य के समान है, लेकिन एक अंतर है कि इसमें कोई पुनरवशोषण नहीं है। प्रायः एक स्वस्थ वयस्क में प्रतिदिन 180 लीटर आरंभिक निस्यंद वृक्क में होता है। यद्यपि एक दिन में उत्सर्जित मूत्र का आयतन वास्तव में एक या दो लीटर है, क्योंकि शेष निस्यंद वृक्क नलिकाओं में पुनरवशोषित हो जाता है।

क्या आप जानते हैं?

अंगदान

अंगदान एक उदार कार्य है, जिसमें किसी ऐसे व्यक्ति को अंगदान किया जाता है, जिसका कोई अंग ठीक से कार्य न कर रहा हो। यह दान दाताओं और उनके परिवार वालों की सहमति द्वारा किया जा सकता है। अंग और ऊतक दान में दान दाता की उम्र व लिंग मायने नहीं रखता। प्रत्यारोपण किसी व्यक्ति के जीवन को बचा या बदल सकता है। ग्राही के अंग खराब अथवा बीमारी या चोट की वजह से क्षतिग्रस्त होने के कारण अंग प्रत्यारोपण आवश्यक हो जाता है। अंगदान में किसी एक व्यक्ति (दाता) के शरीर से शल्य चिकित्सा द्वारा अंग निकालकर किसी अन्य व्यक्ति (ग्राही) के शरीर में प्रत्यारोपित किया जाता है। सामान्य प्रत्यारोपण में कॉर्निया, गुर्दे, दिल, यकृत, अग्नाशय, फेफड़े, आंत और अस्थिमज्जा शामिल हैं। अधिकांशतः अंगदान व ऊतक दान दाता की मृत्यु के ठीक बाद होते हैं या जब डॉक्टर किसी व्यक्ति के मस्तिष्क को मृत घोषित करता है तब। लेकिन कुछ अंगों, जैसे- गुर्दे, यकृत का कुछ भाग, फेफड़े इत्यादि और ऊतकों का दान दाता के जीवित होने पर भी किया जा सकता है।

5.5.2 पादप में उत्सर्जन

पादप उत्सर्जन के लिए जंतुओं से बिल्कुल भिन्न युक्तियाँ प्रयुक्त करते हैं। प्रकाश संश्लेषण में जनित ऑक्सीजन भी अपशिष्ट उत्पाद कही जा सकती है। हम पहले चर्चा कर चुके हैं कि पौधे ऑक्सीजन तथा कार्बन डाइऑक्साइड के साथ कैसा व्यवहार करते हैं। वे अतिरिक्त जल से वाष्पोत्सर्जन द्वारा छुटकारा पा सकते हैं। पादपों में बहुत से ऊतक मृत कोशिकाओं के बने होते हैं और वे अपने कुछ भागों, जैसे- पत्तियों का क्षय भी कर सकते हैं। बहुत से पादप अपशिष्ट उत्पाद कोशिकीय रिक्तिका में संचित रहते हैं। पौधों से गिरने वाली पत्तियों में भी अपशिष्ट उत्पाद संचित रहते हैं। अन्य अपशिष्ट उत्पाद रेजिन तथा गोंद के रूप में विशेष रूप से पुराने जाइलम में संचित रहते हैं। पादप भी कुछ अपशिष्ट पदार्थों को अपने आस-पास की मृदा में उत्सर्जित करते हैं।

प्रश्न

1. वृक्काणु (नेफ्रॉन) की रचना तथा क्रियाविधि का वर्णन कीजिए।

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2. उत्सर्जी उत्पाद से छुटकारा पाने के लिए पादप किन विधियों का उपयोग करते हैं।

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3. मूत्र बनने की मात्रा का नियमन किस प्रकार होता है?

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आपने क्या सीखा

  • विभिन्न प्रकार की गतियों को जीवन सूचक माना जा सकता है।
  • जीवन के अनुरक्षण के लिए पोषण, श्वसन, शरीर के अंदर पदार्थों का संवहन तथा अपशिष्ट उत्पादों का उत्सर्जन आदि प्रक्रम आवश्यक हैं।
  • स्वपोषी पोषण में पर्यावरण से सरल अकार्बनिक पदार्थ लेकर तथा बाह्य ऊर्जा स्रोत जैसे सूर्य का उपयोग करके उच्च्च ऊर्जा वाले जटिल कार्बनिक पदार्थों का संश्लेषण करना है।
  • विषमपोषी पोषण में दूसरे जीवों द्वारा तैयार किए जटिल पदार्थों का अंतर्ग्रहण होता है।
  • मनुष्य में, खाए गए भोजन का विखंडन भोजन नली के अंदर कई चरणों में होता है तथा पाचित भोजन क्षुद्रांत्र में अवशोषित करके शरीर की सभी कोशिकाओं में भेज दिया जाता है।
  • श्वसन प्रक्रम में ग्लूकोज़ जैसे जटिल कार्बनिक यौगिकों का विखंडन होता है, जिससे ए.टी.पी. का उपयोग कोशिका में होने वाली अन्य क्रियाओं को ऊर्जा प्रदान करने के लिए किया जाता है।
  • श्वसन वायवीय या अवायवीय हो सकता है। वायवीय श्वसन से जीव को अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है।
  • मनुष्य में ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड, भोजन तथा उत्सर्जी उत्पाद सरीखे पदार्थों का वहन परिसंचरण तंत्र का कार्य होता है। परिसंचरण तंत्र में हृदय, रुधिर तथा रुधिर वाहिकाएँ होती हैं।
  • उच्च विभेदित पादपों में जल, खनिज लवण, भोजन तथा अन्य पदार्थों का परिवहन संवहन ऊतक का कार्य है, जिसमें जाइलम तथा फ्लोएम होते हैं।
  • मनुष्य में, उत्सर्जी उत्पाद विलेय नाइट्रोजनी यौगिक के रूप में वृक्क में वृक्काणु (नेफ्रॉन) द्वारा निकाले जाते हैं।
  • पादप अपशिष्ट पदार्थों से छुटकारा प्राप्त करने के लिए विविध तकनीकों का उपयोग करते हैं, उदाहरण के लिए- अपशिष्ट पदार्थ कोशिका रिक्तिका में संचित किए जा सकते हैं या गोंद व रेजिन के रूप में तथा गिरती पत्तियों द्वारा दूर किया जा सकता है या ये अपने आस-पास की मृदा में उत्सर्जित कर देते हैं।

अभ्यास

1. मनुष्य में वृक्क एक तंत्र का भाग है, जो संबंधित है-

(a) पोषण

(b) श्वसन

(c) उत्सर्जन

(d) परिवहन

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2. पादप में जाइलम उत्तरदायी है-

(a) जल का वहन

(b) भोजन का वहन

(c) अमीनो अम्ल का वहन

(d) ऑक्सीजन का वहन

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3. स्वपोषी पोषण के लिए आवश्यक है-

(a) कार्बन डाइऑक्साइड तथा जल

(b) क्लोरोफिल

(c) सूर्य का प्रकाश

(d) उपरोक्त सभी

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4. पायरुवेट के विखंडन से यह कार्बन डाइऑक्साइड, जल तथा ऊर्जा देता है और यह क्रिया होती है-

(a) कोशिकाद्रव्य

(b) माइटोकॉन्ड्रिया

(c) हरित लवक

(d) केंद्रक

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5. हमारे शरीर में वसा का पाचन कैसे होता है? यह प्रक्रम कहाँ होता है?

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6. भोजन के पाचन में लार की क्या भूमिका है?

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7. स्वपोषी पोषण के लिए आवश्यक परिस्थितियाँ कौन सी हैं और उसके उपोत्पाद क्या हैं?

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8. वायवीय तथा अवायवीय श्वसन में क्या अंतर हैं? कुछ जीवों के नाम लिखिए जिनमें अवायवीय श्वसन होता है।

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9. गैसों के अधिकतम विनिमय के लिए कूपिकाएँ किस प्रकार अभिकल्पित हैं?

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10. हमारे शरीर में हीमोग्लोबिन की कमी के क्या परिणाम हो सकते हैं?

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11. मनुष्य में दोहरा परिसंचरण की व्याख्या कीजिए। यह क्यों आवश्यक है?

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12. जाइलम तथा फ्लोएम में पदार्थों के वहन में क्या अंतर है?

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13. फुफ्फुस में कूपिकाओं की तथा वृक्क में वृक्काणु (नेफ्रान) की रचना तथा क्रियाविधि की तुलना कीजिए।

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