Exploring the role of pre-existing structural silicification in the colonisation of excised wheat roots by Bipolaris sorokiniana
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि जबकि गेहूं की जड़ों में सिलिकॉन पूरकता संरचनात्मक सिलिकीकरण को प्रेरित करती है और पोषक तत्वों की संरचना को बदल देती है, पूर्व-मौजूद सिलिका जमाव अकेले कटे हुए जड़ों में कवक रोगजनक *बाइपोलारिस सोरोकिनियाना* के उपनिवेशण या प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रतिबंधित नहीं करता है।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ पौधों के पास अपने स्वयं के शरीर के कवच (body armor) होते हैं। वनस्पति के साम्राज्य में, सिलिकॉन नामक एक शांत लेकिन शक्तिशाली खनिज है। आप इसे रेत या कांच के रूप में जानते होंगे, लेकिन गेहूं जैसे पौधों के लिए, यह एक गुप्त हथियार है। जब एक पौधा मिट्टी से सिलिकॉन सोखता है, तो वह केवल वहीं नहीं रहता; यह एक कठोर, पथरीले पदार्थ में बदल जाता है जिसे सिलिका कहा जाता है। इसे ऐसे समझें जैसे एक पौधा अपनी ही त्वचा के भीतर एक ईंट की दीवार बना रहा हो। वैज्ञानिक लंबे समय से मानते आए हैं कि यह "सिलिका कवच" एक ढाल की तरह काम करता है, जो बुरे कीड़ों और कवक (fungi) को पौधे की पत्तियों और जड़ों को चबाने से भौतिक रूप से रोकता है। यह एक तलवार से खुद को काटने से रोकने के लिए चेनमेल (chainmail) का सूट पहनने जैसा है।
लेकिन यहाँ एक पेचीदा बात है: पौधे जटिल होते हैं। जब एक वास्तविक, जीवित पौधा हमला होता है, तो वह केवल अपने कवच पर निर्भर नहीं रहता; वह हमलावर से लड़ने के लिए रासायनिक सुदृढीकरण (chemical reinforcements) बुलाने के लिए अलार्म भी बजाता है। वर्षों से, शोधकर्ताओं ने देखा है कि सिलिकॉन पौधों को स्वस्थ रहने में मदद करता है, लेकिन वे यह समझने में संघर्ष करते रहे हैं कि क्या यह कठोर "ईंट की दीवार" है जो काम कर रही है, या वह "रासायनिक अलार्म प्रणाली" है जो सक्रिय होती है। इस रहस्य को सुलझाने के लिए, हमें यह देखने की आवश्यकता है कि क्या होता है जब पौधे को उसके अलार्म सिस्टम से काट दिया जाता है, जिससे सारा भारी काम केवल कवच को ही करना पड़ता है। यही वह पहेली है जिसे वैज्ञानिकों की एक टीम ने कुछ बहुत बहादुर, बहुत कटे हुए गेहूं की जड़ों के साथ हल करने का निर्णय लिया।
द ग्रेट व्हीट रूट एक्सपेरिमेंट (गेहूं की जड़ का महान प्रयोग)
इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने गेहूं की जड़ों और 'बायपोलारिस सोरोकिनियाना' (Bipolaris sorokiniana) नामक एक बुरे कवक के साथ जासूसी करने का निर्णय लिया। यह कवक एक तरह का दबंग है; यह गेहूं की जड़ों पर आक्रमण करता है, उन्हें अंदर से काला कर देता है और सड़ा देता है, जिससे पौधा पानी पीने और पोषक तत्व खाने से रुक जाता है। वैज्ञानिक जानना चाहते थे: यदि हम फंगस के आने से पहले जड़ों पर सिलिका कवच की एक मोटी परत बना दें, तो क्या फंगस को रास्ते में ही रोका जा सकेगा?
यह पता लगाने के लिए, उन्होंने गेहूं के पौधों को एक विशेष जल-आधारित प्रणाली (हाइड्रोपोनिक्स) में उगाया जहाँ वे सटीक रूप से नियंत्रित कर सकते थे कि पौधों को कितना सिलिकॉन मिले। उन्होंने कुछ पौधों को बिल्कुल भी सिलिकॉन नहीं दिया, और अन्य को बढ़ता हुआ सिलिकॉन दिया: 0.25, 0.5, 2, और यहाँ तक कि 4 मिलीमोलर (mM) सिलिकॉन। जैसे-जैसे पौधे बढ़े, वैज्ञानिकों ने बारीकी से निगरानी की। उन्होंने पाया कि उन्होंने पौधों को जितना अधिक सिलिकॉन खिलाया, जड़ों ने उतना ही अधिक "कवच" बनाया। वास्तव में, उच्चतम स्तरों पर, जड़ों ने अपनी आंतरिक परत के चारों ओर सिलिका की एक निरंतर, कठोर रिंग विकसित की, जैसे किसी बैरल के चारों ओर स्टील का बैंड हो।
लेकिन यहाँ कहानी में एक मोड़ आता है। एक बार जब जड़ें पूरी तरह से सुसज्जित (armored) हो गईं, तो वैज्ञानिकों ने उन्हें बाकी पौधे से काट दिया। यह एक महत्वपूर्ण कदम था। जड़ों को काटकर, उन्होंने पौधे की रासायनिक अलार्म भेजने या मदद के लिए पुकारने की क्षमता को अक्षम कर दिया। अब, वे कवच का अकेले परीक्षण कर सकते थे। उन्होंने इन कटी हुई जड़ों को प्लेटों पर रखा और उन पर कवक की एक छोटी सी बूंद गिरा दी।
परिणाम: कवच जिसने हमलावर को नहीं रोका
आप उम्मीद कर सकते हैं कि सिलिका की एक मोटी, निरंतर रिंग से ढकी जड़ एक किला होगी जिसे फंगस भेद नहीं पाएगा। लेकिन परिणाम आश्चर्यजनक थे। कवक, बायपोलारिस सोरोकिनियाना, उसे फर्क नहीं पड़ा। वह सीधे अंदर घुस गया।
शोधकर्ताओं ने यह मापा कि जड़ें कितनी काली पड़ीं (सड़न का एक संकेत) और पाया कि सिलिकॉन युक्त जड़ें उतनी ही संक्रमित थीं जितनी कि बिना सिलिकॉन वाली जड़ें। फंगस उतनी ही आसानी से फैला, और जड़ों से तरल भी उतना ही निकला, जिसका अर्थ है कि उनकी कोशिकाएं उतनी ही क्षतिग्रस्त हुईं। सिलिका की "ईंट की दीवार", जो सूक्ष्मदर्शी (microscope) के नीचे इतनी प्रभावशाली दिखती थी, ऊतकों (tissue) को उपनिवेशित करने से रोकने में सफल नहीं रही।
हालाँकि, सिलिकॉन की एक छोटी सी जीत हुई। जबकि कवक अभी भी जड़ों में बढ़ सकता था और संक्रमण फैला सकता था, लेकिन कुछ मामलों में इसने प्रजनन उतनी अच्छी तरह से नहीं किया। विशेष रूप से, कवक के एक स्ट्रेन ने कम सिलिकॉन की तुलना में उच्च सिलिकॉन आपूर्ति (4 mM) वाले जड़ों में 81% कम बीजाणु (spores - उसके बच्चे बनाने का तरीका) पैदा किए। लेकिन कवक के दूसरे स्ट्रेन के लिए, सिलिकॉन ने प्रजनन में कोई अंतर नहीं डाला।
इसका क्या अर्थ है
तो, वैज्ञानिकों ने क्या सीखा? उन्होंने पाया कि हालांकि सिलिकॉन निश्चित रूप से जड़ों में एक भौतिक बाधा बनाता है, लेकिन वह बाधा इस विशिष्ट कवक को कब्जा करने से रोकने के लिए पर्याप्त नहीं है। ऐसा लगता है कि कवक के पास सिलिका रिंग को दरकिनार करने का एक तरीका है, शायद बाहरी परतों से चिपक कर जहाँ कवच उतना मोटा नहीं है, या दरारों के माध्यम से रास्ता खोजने के द्वारा।
अध्ययन ने पौधे की रसायन विज्ञान के बारे में भी कुछ दिलचस्प देखा। जैसे-जैसे पौधों ने अपना सिलिकॉन कवच बनाया, कैल्शियम और सल्फर जैसे दो अन्य महत्वपूर्ण खनिजों का स्तर कम हो गया। यह ऐसा है जैसे पौधा सिलिका की दीवार बनाने के लिए अपने कैल्शियम और सल्फर की आपूर्ति का व्यापार कर रहा था। लेकिन इन रासायनिक परिवर्तनों के बावजूद, कवक को इससे कोई फर्क नहीं पड़ा।
निष्कर्ष
यह पेपर बताता है कि इस विशिष्ट कवक के खिलाफ लड़ते समय गेहूं की जड़ों के लिए, "कठोर कवच" पूरी कहानी नहीं है। एक जीवित पौधे में, सिलिकॉन संभवतः पौधे की रासायनिक रक्षाओं को सक्रिय करके या अन्य प्रणालियों के साथ मिलकर काम करके मदद करता है जो हम एक कटी हुई जड़ में नहीं देख सकते। लेकिन यदि आप केवल भौतिक बाधा को देखते हैं, तो यह पता चलता है कि सिलिका की दीवार एक जादुई ढाल नहीं है। फंगस ने इसके चारों ओर जाने का रास्ता खोज लिया। यह हमें बताता है कि हालांकि सिलिकॉन किसानों के लिए एक सहायक उपकरण है, हम केवल एक दीवार बनाने के लिए इस पर भरोसा नहीं कर सकते; पौधे की जीवित, सांस लेती प्रतिरक्षा प्रणाली (immune system) ही संभवतः जड़ सड़न के खिलाफ लड़ाई में असली नायक है।
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