Sub-lethal imidacloprid exposure leads to presynaptic and postsynaptic alterations

कल्पना कीजिए कि तंत्रिका तंत्र (nervous system) एक हलचल भरे शहर की तरह है जहाँ अरबों छोटे संदेशवाहक महत्वपूर्ण पैकेज पहुँचाने के लिए सड़कों पर दौड़ रहे हैं। ये पैकेज रासायनिक संकेत हैं, और ये "सड़कें" सिनैप्स (synapses) नामक मस्तिष्क कोशिकाओं के बीच के जुड़ाव हैं। इस शहर को सुचारू रूप से चलाने के लिए, संदेशवाहकों को यह सटीक रूप से पता होना चाहिए कि अपना माल कहाँ गिराना है और नए ऑर्डर कैसे लेने हैं। कभी-कभी, शहर थोड़ा अस्त-व्यस्त हो जाता है, और मस्तिष्क को स्वस्थ रहने के लिए इन कनेक्शनों की सफाई करने या उन्हें फिर से बनाने की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया को न्यूरोप्लास्टिसिटी (neuroplasticity) कहा जाता है, और इसी के माध्यम से हम सीखते हैं, याद रखते हैं और अनुकूलित होते हैं।

अब, कल्पना कीजिए कि एक चालाक घुसपैठिया इस शहर में चुपके से घुस आया है। यह घुसपैठिया इमिडाक्लोप्रिड (imidacloprid) नामक एक कीटनाशक का प्रकार है, जिसे कीटों को फसल खाने से रोकने के लिए बनाया गया है। हालाँकि, यह केवल खेतों तक ही सीमित नहीं रहता है; यह हवा, पानी और मिट्टी में भी फैल सकता है, और अनजाने में मधुमक्खियों और मिट्टी के छोटे कृमि जैसे अन्य जानवरों के पास पहुँच जाता है। वैज्ञानिक चिंतित हैं क्योंकि इस रसायन की एक बहुत छोटी, गैर-घातक मात्रा भी मस्तिष्क के "ट्रैफिक कंट्रोल" के साथ गड़बड़ी कर सकती है, संदेशवाहकों को भ्रमित कर सकती है और सड़कों को नुकसान पहुँचा सकती है। यदि मस्तिष्क की वायरिंग बिगड़ जाती है, तो जानवर भोजन खोजना भूल सकते हैं, रास्ता भटक सकते हैं, या बस ठीक से काम करना बंद कर सकते हैं। यह अध्ययन एक सरल लेकिन महत्वपूर्ण प्रश्न पूछता है: क्या इस कीटनाशक की थोड़ी सी मात्रा, जो हमें वास्तव में प्रकृति में मिल सकती है, उन जानवरों के मस्तिष्क की भौतिक संरचना को बदल देती है जो इसके लक्षित (target) नहीं हैं?

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मधुमक्खी का मस्तिष्क: एक सिकुड़ता हुआ मोहल्ला

इसका उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं ने दो बहुत अलग जानवरों को देखने का निर्णय लिया: मधुमक्खी, जो एक जटिल मस्तिष्क वाली एक कुशल नेविगेटर है, और नेमाटोड वर्म (C. elegans), जो एक छोटा मिट्टी का अपघटक (decomposer) है जिसका तंत्रिका तंत्र बहुत सरल है। वे यह देखना चाहते थे कि जब इन जीवों को इमिडाक्लोप्रिड की "सब-लीथल" (sub-lethal) खुराक—यानी ऐसी मात्रा जो उन्हें तुरंत मारती नहीं है लेकिन फिर भी परेशानी पैदा कर सकती है—के संपर्क में लाया जाता है, तो क्या होता है।

सबसे पहले, उन्होंने मधुमक्खियों पर ध्यान केंद्रित किया। मधुमक्खियों के मस्तिष्क में 'मशरूम बॉडी' (mushroom body) नामक एक विशेष भाग होता है, जो सीखने और याद रखने के लिए शहर के केंद्रीय पुस्तकालय की तरह है। इस पुस्तकालय के भीतर, सूक्ष्म कनेक्शनों के छोटे समूह होते हैं जिन्हें 'माइ्रोग्लोमेरुली' (microglomeruli) कहा जाता है। आप इन माइ्रोग्लोमेरुली को छोटे गोल चक्करों (roundabouts) के रूप में सोच सकते हैं जहाँ आने वाले संकेत (मधुमक्खी के एंटीना से) मस्तिष्क की आंतरिक प्रसंस्करण कोशिकाओं से मिलते हैं।

वैज्ञानिकों ने पिंजरों में युवा मधुमक्खियों को पाला और उन्हें चीनी का घोल खिलाया। कुछ को सादा चीनी का घोल (कंट्रोल ग्रुप) दिया गया, जबकि अन्य को चीनी के घोल में इमिडाक्लोप्रिड की बहुत कम मात्रा मिलाई गई: या तो 10 पार्ट्स पर बिलियन (ppb) या 20 ppb। ये वे स्तर हैं जो वास्तव में वास्तविक फूलों के अमृत और पराग में पाए गए हैं। सात दिनों के बाद, उन्होंने मधुमक्खियों के मस्तिष्क के भीतर देखा।

परिणाम स्पष्ट था: जिन मधुमक्खियों ने कीटनाशक पिया था, उनमें इन छोटे गोल चक्करों की संख्या कम थी। विशेष रूप से, उच्च खुराक (20 ppb) वाले समूह में सादे चीनी के घोल या कम खुराक वाले समूह की तुलना में माइ्रोग्लोमेरुली का घनत्व काफी कम था। यह ऐसा है जैसे कीटनाशक ने पुस्तकालय के सबसे महत्वपूर्ण मिलन स्थलों को खो दिया हो। मधुमक्खियाँ मरी नहीं, और वे लकवाग्रस्त भी नहीं दिखीं, लेकिन उनके मस्तिष्क की भौतिक वायरिंग बदल गई थी। अध्ययन बताता है कि एक छोटी, गैर-घातक खुराक भी इन महत्वपूर्ण कनेक्शन बिंदुओं को खोने का कारण बन सकती है।

कृमि की दुनिया: एक टूटा हुआ डिलीवरी सिस्टम

इसके बाद, टीम ने नेमाटोड वर्म्स (nematode worms) को देखा। ये कृमि मिट्टी में रहते हैं, इसलिए वे उन कीटनाशकों के संपर्क में आते हैं जो फसलों से बहकर नीचे आते हैं। मधुमखियों के विपरीत, शोधकर्ता यह देखने के लिए कि सिनैप्स के भीतर वास्तव में क्या हो रहा है, विशेष "चमकने वाले" (glow-in-the-dark) कृमियों का उपयोग कर सके। उन्होंने दो प्रकार के आनुवंशिक रूप से संशोधित कृमियों का उपयोग किया:

1. पोस्टसिनैप्टिक वर्म्स (Postsynaptic Worms): इनमें उनके "प्राप्त करने वाले" पक्ष (वह हिस्सा जो संकेत पकड़ता है) पर एक फ्लोरोसेंट मार्कर था।
2. प्रीसिनैप्टिक वर्म्स (Presynaptic Worms): इनमें उनके "भेजने वाले" पक्ष (वह हिस्सा जो संकेत छोड़ता है) पर एक मार्कर था।

इन कृमियों को मिट्टी जैसी स्थितियों वाले प्लेटों पर उगाया गया जिसमें मिट्टी में पाए जाने वाले स्तर का इमिडाक्लोप्रिड था: 0, 1, या 10 माइक्रोग्राम प्रति मिलीलीटर। तीन दिनों (72 घंटे) के बाद, वैज्ञानिकों ने कृमियों के नर्व रिंग्स (उनके छोटे मस्तिष्क केंद्र) में चमक की तीव्रता को मापा।

यहाँ के निष्कर्ष चौंकाने वाले थे। कीटनाशक के संपर्क में आए कृमियों में, दोनों प्रकार के कृमियों में चमक कम हो गई।

• "प्राप्त करने वाले" मार्कर वाले कृमियों में कम रोशनी दिखी, जिसका अर्थ है कि उनके पास संकेतों को पकड़ने के लिए कम रिसेप्टर्स थे।
• "भेजने वाले" मार्कर वाले कृमियों में भी कम रोशनी दिखी, जिसका अर्थ है कि उनके पास संकेतों को भेजने के लिए कम ट्रांसपोर्टर थे।

यह एक बड़ी बात है क्योंकि इमिडाक्लोप्रिड तंत्रिका कोशिका के "प्राप्त करने वाले" पक्ष से जुड़ने के लिए जाना जाता है। वैज्ञानिकों ने पाया कि जब प्राप्त करने वाला पक्ष खराब होता है, तो भेजने वाला पक्ष भी बदल जाता है। यह ऐसा है जैसे यदि किसी पड़ोस के मेलबॉक्स जाम हो जाएं; अंततः मेल वाहक आना बंद कर देते हैं क्योंकि उन्हें पत्र देने के लिए कोई जगह नहीं बचती। अध्ययन बताता है कि क्षति प्राप्त करने वाले छोर से शुरू होती है लेकिन पीछे की ओर लहर की तरह फैलकर भेजने वाले छोर को भी प्रभावित करती है।

इसका क्या अर्थ है

यह शोध पत्र यह दावा नहीं करता है कि ये जीव मर रहे हैं या उनके मस्तिष्क पूरी तरह से नष्ट हो गए हैं। वास्तव में, शोधकर्ताओं ने जांच की और पुष्टि की कि इन खुराकों से कृमि मरे नहीं, और कृमि अभी भी घूम सकते थे (हालाँकि कुछ अलग तरह से घूम रहे थे)। हालाँकि, उनके तंत्रिका तंत्र की भौतिक संरचना बदल गई थी।

मुख्य निष्कर्ष यह है कि क्षेत्र-प्रासंगिक खुराक (field-relevant doses)—वह मात्रा जो वास्तव में प्रकृति में मौजूद है—जीवों के मस्तिष्क की संरचना को बदलने के लिए पर्याप्त है। मधुमक्खियों में, इसने सीखने के केंद्रों को सिकोड़ दिया। कृमियों में, इसने सिग्नल भेजने वाले और प्राप्त करने वाले दोनों की संख्या को कम कर दिया। लेखकों का सुझाव है कि ऐसा इसलिए होता है क्योंकि कीटनाशक सिस्टम पर अत्यधिक भार डाल देता है, जिससे मस्तिष्क इन कनेक्शनों को "छँटाई" (pruning) करने या हटाने की कोशिश करता है, जो शायद एक रक्षा तंत्र के रूप में होता है लेकिन अंततः अधिक नुकसान पहुँचाता है।

हालाँकि यह अध्ययन यह साबित नहीं करता है कि यह रसायन ठीक कैसे इस परिवर्तन को ट्रिगर करता है (यह एक रहस्य बना हुआ है कि क्या मस्तिष्क सक्रिय रूप से कनेक्शनों को हटा रहा है या वे केवल खराब हो रहे हैं), यह दृढ़ता से संकेत देता है कि "सब-लीथल" लेबल भ्रामक हो सकता है। केवल इसलिए कि एक जीव जहर से जीवित बच जाता है, इसका मतलब यह नहीं है कि उसका मस्तिष्क सामान्य रूप से कार्य कर रहा है। वायरिंग ढीली हो रही है, और उन जानवरों के लिए जो जटिल नेविगेशन या मिट्टी के स्वास्थ्य पर निर्भर हैं, यह एक बड़ी समस्या बन सकती है।