जैविक वर्णक

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बजरीगर (budgerigar) अपना पीला रंग सिटाकोफुल्विन (psittacofulvin) वर्णक से और अपना हरा रंग उसी पीले वर्णक तथा नीले संरचनात्मक रंग (structural color) के संयोजन से प्राप्त करता है। पृष्ठभूमि में मौजूद नीले और सफेद पक्षी में पीले वर्णक का अभाव है। दोनों पक्षियों पर गहरे निशान काले वर्णक यूमेलानिन (eumelanin) के कारण हैं।

एक जैविक वर्णक (biological pigment), जिसे केवल वर्णक (pigment) या बायोक्रोम (biochrome) भी कहा जाता है,[1] जीवित जीवों द्वारा उत्पादित एक ऐसा पदार्थ है जिसमें चयनात्मक रंग अवशोषण के परिणामस्वरूप रंग होता है। जैविक वर्णकों में पादप वर्णक (plant pigments) और पुष्प वर्णक (flower pigments) शामिल हैं। कई जैविक संरचनाएं, जैसे त्वचा, आंखें, पंख, फर और बाल, क्रोमैटोफोर (chromatophore) नामक विशेष कोशिकाओं में मेलानिन जैसे वर्णक रखती हैं। कुछ प्रजातियों में, किसी व्यक्ति के जीवनकाल के दौरान बहुत लंबी अवधि में वर्णक जमा होते हैं।

वर्णक का रंग संरचनात्मक रंग से इस मायने में भिन्न होता है कि यह सभी देखने के कोणों के लिए समान होता है, जबकि संरचनात्मक रंग चयनात्मक परावर्तन या इंद्रधनुषीपन (iridescence) का परिणाम होता है, जो आमतौर पर बहुपरत संरचनाओं के कारण होता है। उदाहरण के लिए, तितली के पंखों में आमतौर पर संरचनात्मक रंग होता है, हालांकि कई तितलियों की कोशिकाओं में वर्णक भी होता है।[2]

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जैविक वर्णक

इलेक्ट्रॉन बंधन रसायन विज्ञान के लिए संयुग्मित प्रणाली (conjugated system) देखें जो इन अणुओं को वर्णक बनाती है।

पौधों में वर्णक

আরও দেখুন: Basics of blue flower colouration, Basics of white flower colouration

क्लोरोफिल अणु का स्पेस-फिलिंग मॉडल
एन्थोसायनिन इन पेंज़ी (pansies) को उनका बैंगनी रंग देता है।

पौधों में वर्णकों का प्राथमिक कार्य प्रकाश संश्लेषण है, जो हरे वर्णक क्लोरोफिल और कई रंगीन वर्णकों का उपयोग करता है जो यथासंभव अधिक प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करते हैं।[3] वर्णक परागण में भी भूमिका निभाते हैं जहां वर्णक का संचय या नुकसान पुष्प रंग परिवर्तन का कारण बन सकता है, जो परागणकों को संकेत देता है कि कौन से फूल फायदेमंद हैं और उनमें अधिक पराग और मकरंद है।

पादप वर्णकों में पोर्फिरिन, कैरोटीनॉयड, एन्थोसायनिन और बीटालैन जैसे कई अणु शामिल हैं। सभी जैविक वर्णक चयनात्मक रूप से प्रकाश की कुछ तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करते हैं जबकि दूसरों को परावर्तित करते हैं।[3]

मुख्य जिम्मेदार वर्णक हैं:

  • क्लोरोफिल पौधों में प्राथमिक वर्णक है; यह एक क्लोरीन है जो प्रकाश की नीली और लाल तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करता है जबकि हरा रंग का अधिकांश हिस्सा परावर्तित करता है। क्लोरोफिल की उपस्थिति और सापेक्ष प्रचुरता ही पौधों को उनका हरा रंग देती है। सभी भूमि पौधों और हरे शैवाल में इस वर्णक के दो रूप होते हैं: क्लोरोफिल a और क्लोरोफिल b। केल्प, डायटम, और अन्य प्रकाश संश्लेषक हेटरोकॉन्ट (heterokonts) में b के बजाय क्लोरोफिल c होता है, जबकि लाल शैवाल में केवल क्लोरोफिल a होता है। सभी क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषण को ईंधन देने के लिए प्रकाश को रोकने के लिए पौधों द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्राथमिक साधन के रूप में कार्य करते हैं।
  • कैरोटीनॉयड लाल, नारंगी या पीले टेट्राटरपेनॉइड हैं। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान, उनके पास प्रकाश-संचयन (सहायक वर्णकों के रूप में), प्रकाश-सुरक्षा (फोटो-ऑक्सीडेटिव क्षति की रोकथाम के लिए गैर-प्रकाश रासायनिक शमन के माध्यम से ऊर्जा का अपव्यय और साथ ही सिंगलेट ऑक्सीजन का सफाई) में कार्य होते हैं, और प्रोटीन संरचनात्मक तत्वों के रूप में भी काम करते हैं। उच्च पौधों में, वे पादप हार्मोन एब्सिसिक एसिड के अग्रदूत के रूप में भी काम करते हैं।
  • बीटालैन (Betalains) लाल या पीले वर्णक हैं। एन्थोसायनिन की तरह वे पानी में घुलनशील होते हैं, लेकिन एन्थोसायनिन के विपरीत वे टायरोसिन से संश्लेषित होते हैं। वर्णकों का यह वर्ग केवल कैरियोफिलेल्स (जिसमें कैक्टस और अमरंथ शामिल हैं) में पाया जाता है, और पौधों में कभी भी एन्थोसायनिन के साथ सह-अस्तित्व में नहीं होता है।[4] बीटालैन चुकंदर के गहरे लाल रंग के लिए जिम्मेदार हैं।
  • एन्थोसायनिन (शाब्दिक रूप से "फूल नीला") पानी में घुलनशील फ्लेवोनोइड वर्णक हैं जो pH के अनुसार लाल से नीले दिखाई देते हैं। वे उच्च पौधों के सभी ऊतकों में होते हैं, जो पत्तियों, पौधों के तने, जड़ों, फूलों और फलों में रंग प्रदान करते हैं, हालांकि हमेशा ध्यान देने योग्य मात्रा में नहीं होते हैं। एन्थोसायनिन कई प्रजातियों के फूलों की पंखुड़ियों में सबसे अधिक दिखाई देते हैं।

पौधों में, सामान्य तौर पर, छह सर्वव्यापी कैरोटीनॉयड होते हैं: नियोक्सैन्थिन, वायोलाक्सैन्थिन, एन्थेराक्सैन्थिन, ज़ियाक्सैन्थिन, ल्यूटिन और β-कैरोटीन।[5] ल्यूटिन फलों और सब्जियों में पाया जाने वाला एक पीला वर्णक है और पौधों में सबसे प्रचुर मात्रा में कैरोटीनॉयड है। लाइकोपीन टमाटर के रंग के लिए जिम्मेदार लाल वर्णक है। पौधों में अन्य कम सामान्य कैरोटीनॉयड में ल्यूटिन एपोक्साइड (कई लकड़ी वाली प्रजातियों में), लैक्टुकाक्सैन्थिन (लेट्यूस में पाया जाता है), और अल्फा कैरोटीन (गाजर में पाया जाता है) शामिल हैं।

बोगनवेलिया (Bougainvillea) के सहपत्र अपना रंग बीटालैन से प्राप्त करते हैं।

पौधों में रंजकता (pigmentation) की एक विशेष रूप से ध्यान देने योग्य अभिव्यक्ति शरद ऋतु के पत्तों के रंग के साथ देखी जाती है, एक ऐसी घटना जो कई पर्णपाती पेड़ों और झाड़ियों की सामान्य रूप से हरी पत्तियों को प्रभावित करती है, जिसके कारण वे शरद ऋतु के मौसम में कुछ हफ्तों के दौरान लाल, पीले, बैंगनी और भूरे रंग के विभिन्न रंगों को धारण कर लेते हैं।[6] क्लोरोफिल रंगहीन टेट्रापाइरोल में विघटित हो जाते हैं जिन्हें गैर-प्रतिदीप्तिशील क्लोरोफिल कैटाबोलाइट्स (NCCs) के रूप में जाना जाता है। जैसे-जैसे प्रमुख क्लोरोफिल विघटित होते हैं, पीले ज़ैंथोफिल और नारंगी बीटा-कैरोटीन के छिपे हुए वर्णक प्रकट हो जाते हैं। ये वर्णक पूरे वर्ष मौजूद रहते हैं, लेकिन लाल वर्णक, एन्थोसायनिन, तब संश्लेषित होते हैं जब लगभग आधा क्लोरोफिल विघटित हो जाता है। प्रकाश संचयन परिसरों के क्षरण से मुक्त हुए अमीनो एसिड पूरी सर्दियों में पेड़ की जड़ों, शाखाओं, तनों और ट्रंक में तब तक संग्रहीत रहते हैं जब तक कि अगली वसंत ऋतु में उन्हें पेड़ को फिर से पत्तियां देने के लिए पुनर्चक्रित नहीं किया जाता है।

शैवाल में वर्णक

शैवाल बहुत विविध प्रकाश संश्लेषक जीव हैं, जो पौधों से इस मायने में भिन्न हैं कि वे जलीय जीव हैं, उनमें संवहनी ऊतक नहीं होते हैं और वे भ्रूण उत्पन्न नहीं करते हैं। हालांकि, दोनों प्रकार के जीव प्रकाश संश्लेषक वर्णकों के कब्जे को साझा करते हैं, जो ऊर्जा को अवशोषित और जारी करते हैं जिसका उपयोग बाद में कोशिका द्वारा किया जाता है। क्लोरोफिल के अलावा ये वर्णक फाइकोबिलिप्रोटीन, फ्यूकोक्सैन्थिन, ज़ैंथोफिल और कैरोटीन हैं, जो प्रकाश की ऊर्जा को फंसाने और इसे प्राथमिक वर्णक तक ले जाने का काम करते हैं, जो ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण प्रतिक्रियाओं को शुरू करने के लिए जिम्मेदार है।

डाइनोफ्लैगेलेट्स (dinoflagellates) जैसे शैवाल फोटोट्रॉफ़ प्रकाश संचयन वर्णक के रूप में पेरिडिनिन (peridinin) का उपयोग करते हैं। जबकि कैरोटीनॉयड को क्लोरोफिल-बाध्यकारी प्रोटीन जैसे प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रिया केंद्र और हरे पौधों के प्रकाश-संचयन परिसर के भीतर जटिल पाया जा सकता है, वे साइनोबैक्टीरिया के नारंगी कैरोटीनॉयड प्रोटीन जैसे समर्पित कैरोटीनॉयड प्रोटीन के भीतर भी पाए जाते हैं।

Table 1. शैवाल में वर्णक
समूह वर्णक
हरे शैवाल
  • क्लोरोफिल a और b
लाल शैवाल
  • क्लोरोफिल a
  • फाइकोबिलिप्रोटीन
  • फाइकोएरिथ्रिन लाल-बैंगनी वर्णक, यह उन प्रजातियों में प्रमुख है जिनका रंग लाल-बैंगनी होता है।
सुनहरे और भूरे शैवाल

बैक्टीरिया में वर्णक

बैक्टीरिया कैरोटीनॉयड, मेलानिन, वायोलेसिन, प्रोडिगियोसिन, पायोसायनिन, एक्टिनोरोडिन और ज़ेक्सैन्थिन जैसे वर्णक उत्पन्न करते हैं। साइनोबैक्टीरिया फाइकोसायनिन, फाइकोएरिथ्रिन, साइटोनेमिन, क्लोरोफिल a, क्लोरोफिल d और क्लोरोफिल f उत्पन्न करते हैं। पर्पल सल्फर बैक्टीरिया बैक्टीरियोक्लोरोफिल a और बैक्टीरियोक्लोरोफिल b उत्पन्न करते हैं।[7] साइनोबैक्टीरिया में, कई अन्य कैरोटीनॉयड जैसे कैन्थाक्सैन्थिन, मिक्सोजैन्थोफिल, साइनोक्सैन्थिन और इकिनेनोन मौजूद होते हैं।

तालिका 2. बैक्टीरिया में वर्णक
समूह वर्णक
साइनोबैक्टीरिया
पर्पल बैक्टीरिया
  • बैक्टीरियोक्लोरोफिल a और b
ग्रीन बैक्टीरिया
  • बैक्टीरियोक्लोरोफिल c और e
क्रोमोबैक्टीरियम
स्ट्रेप्टोमाइसेस
  • मेलानिन
माइक्रोमोनोस्पोरा

जंतुओं में वर्णक

पिगमेंटेशन (वर्णकता) का उपयोग कई जंतुओं द्वारा छलावरण (कैमफ्लाज), मिमिक्री (नकल), या चेतावनी रंग के माध्यम से सुरक्षा के लिए किया जाता है। मछली, उभयचर और सेफलोपोड सहित कुछ जंतु वर्णकयुक्त क्रोमैटोफोर का उपयोग ऐसे छलावरण प्रदान करने के लिए करते हैं जो पृष्ठभूमि से मेल खाने के लिए बदलते रहते हैं।

पिगमेंटेशन का उपयोग जंतुओं के बीच संकेत देने के लिए किया जाता है, जैसे कि प्रणय और प्रजनन व्यवहार में। उदाहरण के लिए, कुछ सेफलोपोड संचार करने के लिए अपने क्रोमैटोफोर का उपयोग करते हैं।

फोटोपिगमेंट रोडोप्सीन प्रकाश की धारणा के पहले चरण के रूप में प्रकाश को रोकता है।

मेलानिन जैसे त्वचा के वर्णक पराबैंगनी विकिरण से सनबर्न से ऊतकों की रक्षा कर सकते हैं।

हालाँकि, जंतुओं में कुछ जैविक वर्णक, जैसे कि हीम समूह जो रक्त में ऑक्सीजन ले जाने में मदद करते हैं, संयोगवश रंगीन होते हैं। उनके रंग का कोई सुरक्षात्मक या संकेतक कार्य नहीं होता है।

मटर एफिड्स (Acyrthosiphon pisum),[8] टू-स्पॉटेड स्पाइडर माइट्स (Tetranychus urticae), और गॉल मिडजेस (परिवार सेसीडोमाइइडे) एकमात्र ज्ञात जंतु हैं जो कैरोटीनॉयड को संश्लेषित करने में सक्षम हैं। इन आर्थ्रोपोड्स में कैरोटीनॉयड को संश्लेषित करने वाले जीन की उपस्थिति को कवक से स्वतंत्र क्षैतिज जीन स्थानांतरण (HGT) घटनाओं के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है।

रोग और स्थितियाँ

मनुष्यों और जंतुओं में पिगमेंटेशन से जुड़ी कई बीमारियाँ और असामान्य स्थितियाँ होती हैं, जो या तो पिगमेंटेशन या वर्णक कोशिकाओं की अनुपस्थिति या कमी के कारण, या वर्णक के अत्यधिक उत्पादन के कारण होती हैं।

  • एल्बिनिज्म (रंजकहीनता) एक वंशानुगत विकार है जो मेलानिन की पूर्ण या आंशिक कमी की विशेषता है। एल्बिनिज्म से पीड़ित मनुष्यों और जंतुओं को "एल्बिनिस्टिक" कहा जाता है ("एल्बिनो" शब्द का भी कभी-कभी उपयोग किया जाता है, लेकिन लोगों पर लागू होने पर इसे अपमानजनक माना जा सकता है)।
  • लैमेलर इक्थियोसिस, जिसे "फिश स्केल डिजीज" भी कहा जाता है, एक वंशानुगत स्थिति है जिसमें एक लक्षण मेलानिन का अत्यधिक उत्पादन है। त्वचा सामान्य से अधिक गहरी होती है, और यह गहरे, पपड़ीदार, सूखे पैच की विशेषता है।
  • मेलास्मा एक ऐसी स्थिति है जिसमें चेहरे पर गहरे भूरे रंग के वर्णक के पैच दिखाई देते हैं, जो हार्मोनल परिवर्तनों से प्रभावित होते हैं। जब यह गर्भावस्था के दौरान होता है, तो इस स्थिति को गर्भावस्था का मुखौटा (mask of pregnancy) कहा जाता है।
  • नेत्र रंजकता (ocular pigmentation) आंख में वर्णक का संचय है, और यह लैटानोप्रोस्ट दवा के कारण हो सकता है।[9]
  • विटिलिगो (सफेद दाग) एक ऐसी स्थिति है जिसमें त्वचा के पैच में मेलानोसाइट्स नामक वर्णक-उत्पादक कोशिकाओं की कमी हो जाती है।

समुद्री जंतुओं में वर्णक

कैरोटीनॉयड और कैरोटीनियोप्रोटीन

कैरोटीनॉयड प्रकृति में पाए जाने वाले वर्णकों का सबसे सामान्य समूह हैं।[10] जंतुओं, पौधों और सूक्ष्मजीवों में 600 से अधिक विभिन्न प्रकार के कैरोटीनॉयड पाए जाते हैं।

समुद्री जंतु अपने स्वयं के कैरोटीनॉयड बनाने में असमर्थ होते हैं और इसलिए इन वर्णकों के लिए पौधों पर निर्भर रहते हैं। कैरोटीनियोप्रोटीन समुद्री जंतुओं में विशेष रूप से सामान्य हैं। ये कॉम्प्लेक्स इन समुद्री अकशेरुकी जंतुओं को संभोग अनुष्ठानों और छलावरण के लिए विभिन्न रंगों (लाल, बैंगनी, नीला, हरा, आदि) के लिए जिम्मेदार होते हैं। कैरोटीनियोप्रोटीन के दो मुख्य प्रकार हैं: टाइप A और टाइप B। टाइप A में कैरोटीनॉयड (क्रोमोजेन) होते हैं जो स्टोइकोमेट्रिक रूप से एक साधारण प्रोटीन (ग्लाइकोप्रोटीन) के साथ जुड़े होते हैं। दूसरे प्रकार, टाइप B में कैरोटीनॉयड होते हैं जो एक लिपो प्रोटीन के साथ जुड़े होते हैं और आमतौर पर कम स्थिर होते हैं। जबकि टाइप A आमतौर पर समुद्री अकशेरुकी जंतुओं की सतह (खोल और त्वचा) में पाया जाता है, टाइप B आमतौर पर अंडे, अंडाशय और रक्त में होता है। इन कैरोटीनियोप्रोटीन कॉम्प्लेक्स के रंग और विशेषता अवशोषण क्रोमोजेन और प्रोटीन सबयूनिट्स के रासायनिक बंधन पर आधारित होते हैं।

उदाहरण के लिए, नीले कैरोटीनियोप्रोटीन, लिंकियासायनिन में प्रत्येक कॉम्प्लेक्स के लिए लगभग 100–200 कैरोटीनॉयड अणु होते हैं।[11] इसके अलावा, इन वर्णक-प्रोटीन कॉम्प्लेक्स के कार्य भी उनकी रासायनिक संरचना को बदलते हैं। प्रकाश संश्लेषक संरचना के भीतर कैरोटीनियोप्रोटीन अधिक सामान्य हैं, लेकिन जटिल हैं। प्रकाश संश्लेषक प्रणाली के बाहर वर्णक-प्रोटीन कॉम्प्लेक्स कम सामान्य हैं, लेकिन उनकी संरचना सरल है। उदाहरण के लिए, जेलीफ़िश, वेलेला वेलेला में केवल दो नीले एस्टैक्सैन्थिन-प्रोटीन होते हैं, जिसमें प्रति कॉम्प्लेक्स केवल लगभग 100 कैरोटीनॉयड होते हैं।

जंतुओं में एक सामान्य कैरोटीनॉयड एस्टैक्सैन्थिन है, जो बैंगनी-नीला और हरा वर्णक देता है। एस्टैक्सैन्थिन का रंग एक निश्चित क्रम में प्रोटीन के साथ कॉम्प्लेक्स बनाकर बनता है। उदाहरण के लिए, क्रस्टोक्रिन में लगभग 20 एस्टैक्सैन्थिन अणु प्रोटीन के साथ बंधे होते हैं। जब कॉम्प्लेक्स एक्सिटोन-एक्सिटोन इंटरैक्शन द्वारा परस्पर क्रिया करते हैं, तो यह अवशोषण अधिकतम को कम कर देता है, जिससे विभिन्न रंग के वर्णक बदल जाते हैं।

लॉबस्टर में, विभिन्न प्रकार के एस्टैक्सैन्थिन-प्रोटीन कॉम्प्लेक्स मौजूद होते हैं। पहला क्रस्टासायनिन (अधिकतम 632 nm) है, जो लॉबस्टर के कवच में पाया जाने वाला एक स्लेट-नीला वर्णक है। दूसरा क्रस्टोक्रिन (अधिकतम 409) है, जो एक पीला वर्णक है जो कवच की बाहरी परत पर पाया जाता है। अंत में, लिपोग्लाइकोप्रोटीन और ओवोवर्डिन एक चमकीला हरा वर्णक बनाते हैं जो आमतौर पर कवच की बाहरी परतों और लॉबस्टर के अंडों में मौजूद होता है।[12]

टेट्रापायरोल्स

टेट्रापायरोल्स वर्णकों का अगला सबसे सामान्य समूह हैं।[13] इनमें चार पायरोल रिंग होते हैं, प्रत्येक रिंग C4H4NH से बनी होती है। टेट्रापायरोल्स की मुख्य भूमिका जैविक ऑक्सीकरण प्रक्रिया में उनका संबंध है। टेट्रापायरोल्स इलेक्ट्रॉन परिवहन में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं और कई एंजाइमों के प्रतिस्थापन के रूप में कार्य करते हैं। समुद्री जीव के ऊतकों के पिगमेंटेशन में भी उनकी भूमिका होती है।

मेलानिन

मेलानिन[14] यौगिकों का एक वर्ग है जो समुद्री जंतुओं में गहरे, तन, पीले / लाल रंग के वर्णकों के लिए जिम्मेदार विभिन्न संरचनाओं के साथ एक वर्णक के रूप में कार्य करता है। यह तब उत्पन्न होता है जब अमीनो एसिड टायरोसिन मेलानिन में परिवर्तित हो जाता है, जो त्वचा, बालों और आंखों में पाया जाता है। फिनोल के एरोबिक ऑक्सीकरण से प्राप्त, ये पॉलिमर होते हैं।

मेलेनिन के कई अलग-अलग प्रकार हैं, यह देखते हुए कि वे छोटे घटक अणुओं का एक समूह हैं, जैसे कि नाइट्रोजन युक्त मेलेनिन। पिगमेंट (वर्णक) के दो वर्ग हैं: काले और भूरे रंग के अघुलनशील यूमेलेनिन, जो टायरोसिनेस की उपस्थिति में टायरोसिन के एरोबिक ऑक्सीकरण से प्राप्त होते हैं, और क्षार-घुलनशील फियोमेलेनिन, जिनका रंग पीले से लाल-भूरे रंग तक होता है, जो सिस्टीन और/या ग्लूटाथियोन के हस्तक्षेप के माध्यम से यूमेलेनिन मार्ग के विचलन से उत्पन्न होते हैं। यूमेलेनिन आमतौर पर त्वचा और आंखों में पाए जाते हैं। कई अलग-अलग मेलेनिन में मेलानोप्रोटीन (गहरा भूरा मेलेनिन जो कटलफिश *सेपिया ऑफिसिनैलिस* की स्याही की थैली में उच्च सांद्रता में जमा होता है), इचिनोइडिया (सैंड डॉलर और समुद्री अर्चिन के दिलों में पाया जाता है), होलोथुरोइडिया (समुद्री खीरे में पाया जाता है), और ओफियुरोइडिया (ब्रिटल और स्नेक स्टार में पाया जाता है) शामिल हैं। ये मेलेनिन संभवतः ऐसे पॉलिमर हैं जो सरल द्वि-पॉलीफंक्शनल मोनोमेरिक मध्यवर्तियों के बार-बार जुड़ने से, या उच्च आणविक भार के कारण उत्पन्न होते हैं। बेंज़ोथियाज़ोल और टेट्राहाइड्रोआइसोक्विनोलिन रिंग सिस्टम यौगिक यूवी-अवशोषक यौगिकों के रूप में कार्य करते हैं।

बायोलुमिनेसेंस (जैव-दीप्ति)

गहरे समुद्र में प्रकाश का एकमात्र स्रोत, समुद्री जानवर दृश्य प्रकाश ऊर्जा छोड़ते हैं जिसे बायोलुमिनेसेंस कहा जाता है,[15] जो केमिलुमिनेसेंस का एक उपसमुच्चय है। यह वह रासायनिक अभिक्रिया है जिसमें रासायनिक ऊर्जा को प्रकाश ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। यह अनुमान है कि 90% गहरे समुद्र के जानवर किसी न किसी प्रकार की बायोलुमिनेसेंस उत्पन्न करते हैं। यह देखते हुए कि दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम का एक बड़ा हिस्सा गहरे समुद्र तक पहुँचने से पहले ही अवशोषित हो जाता है, समुद्री जानवरों द्वारा उत्सर्जित अधिकांश प्रकाश नीला और हरा होता है। हालाँकि, कुछ प्रजातियाँ लाल और अवरक्त (इन्फ्रारेड) प्रकाश उत्सर्जित कर सकती हैं, और यहाँ तक कि एक ऐसा जीनस भी पाया गया है जो पीली बायोलुमिनेसेंस उत्सर्जित करता है। बायोलुमिनेसेंस के उत्सर्जन के लिए जिम्मेदार अंग को फोटोफोर (प्रकाशक) के रूप में जाना जाता है। यह प्रकार केवल स्क्विड और मछली में मौजूद होता है, और इसका उपयोग उनकी उदर सतहों को रोशन करने के लिए किया जाता है, जो शिकारियों से उनकी रूपरेखा को छिपाते हैं। समुद्री जानवरों में फोटोफोर का उपयोग अलग-अलग होता है, जैसे कि रंग की तीव्रता और उत्पन्न प्रकाश की तीव्रता को नियंत्रित करने के लिए लेंस के रूप में। स्क्विड में फोटोफोर और क्रोमैटोफोर दोनों होते हैं जो इन दोनों तीव्रताओं को नियंत्रित करते हैं। एक और चीज जो बायोलुमिनेसेंस के उत्सर्जन के लिए जिम्मेदार है, जो जेलीफ़िश द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के विस्फोटों में स्पष्ट है, वह ल्यूसिफेरिन (एक फोटोजन) से शुरू होती है और प्रकाश उत्सर्जक (एक फोटैगोकिकॉन) के साथ समाप्त होती है। ल्यूसिफेरिन, ल्यूसिफरेज, नमक और ऑक्सीजन प्रतिक्रिया करके और मिलकर फोटो-प्रोटीन नामक एक एकल इकाई बनाते हैं, जो Ca+ जैसे किसी अन्य अणु के साथ प्रतिक्रिया करने पर प्रकाश उत्पन्न कर सकते हैं। जेलीफ़िश इसका उपयोग रक्षा तंत्र के रूप में करती है; जब कोई छोटा शिकारी जेलीफ़िश को खाने का प्रयास करता है, तो वह अपनी लाइटें चमकाती है, जिससे एक बड़ा शिकारी आकर्षित होता है और छोटे शिकारी को दूर भगा देता है। इसका उपयोग संभोग व्यवहार के रूप में भी किया जाता है।

रीफ-बिल्डिंग कोरल और समुद्री एनीमोन में, वे प्रतिदीप्ति (फ्लोरोसेंस) प्रदर्शित करते हैं; प्रकाश एक तरंग दैर्ध्य पर अवशोषित होता है, और दूसरे पर पुनः उत्सर्जित होता है। ये पिगमेंट प्राकृतिक सनस्क्रीन के रूप में कार्य कर सकते हैं, प्रकाश संश्लेषण में सहायता कर सकते हैं, चेतावनी रंग के रूप में काम कर सकते हैं, साथियों को आकर्षित कर सकते हैं, प्रतिद्वंद्वियों को चेतावनी दे सकते हैं, या शिकारियों को भ्रमित कर सकते हैं।

क्रोमैटोफोर

क्रोमैटोफोर रंग बदलने वाली कोशिकाएं हैं जो सीधे केंद्रीय मोटर न्यूरॉन्स द्वारा उत्तेजित होती हैं। इनका उपयोग मुख्य रूप से छलावरण (कैमफ्लाज) के लिए त्वरित पर्यावरणीय अनुकूलन के लिए किया जाता है। उनकी त्वचा के रंग वर्णक को बदलने की प्रक्रिया एक एकल अत्यधिक विकसित क्रोमैटोफोर कोशिका और कई मांसपेशियों, तंत्रिकाओं, ग्लियल और म्यान कोशिकाओं पर निर्भर करती है। क्रोमैटोफोर सिकुड़ते हैं और इनमें ऐसे वेसिकल होते हैं जो तीन अलग-अलग तरल पिगमेंट को संग्रहीत करते हैं। प्रत्येक रंग तीन प्रकार की क्रोमैटोफोर कोशिकाओं द्वारा इंगित किया जाता है: एरिथ्रोफोर, मेलानोफोर, और ज़ैंथोफोर। पहला प्रकार एरिथ्रोफोर है, जिसमें कैरोटीनॉयड और टेरिडाइन जैसे लाल रंग के पिगमेंट होते हैं। दूसरा प्रकार मेलानोफोर है, जिसमें मेलेनिन जैसे काले और भूरे रंग के पिगमेंट होते हैं। तीसरा प्रकार ज़ैंथोफोर है जिसमें कैरोटीनॉयड के रूप में पीले पिगमेंट होते हैं। विभिन्न रंग क्रोमैटोफोर की विभिन्न परतों के संयोजन से बनते हैं। ये कोशिकाएं आमतौर पर त्वचा या जानवरों के शल्क के नीचे स्थित होती हैं। कोशिका द्वारा उत्पन्न रंगों की दो श्रेणियां हैं - बायोक्रोम और स्कीमैटोक्रोम। बायोक्रोम रासायनिक रूप से निर्मित सूक्ष्म, प्राकृतिक पिगमेंट हैं। उनकी रासायनिक संरचना प्रकाश के कुछ रंगों को अवशोषित करने और बाकी को प्रतिबिंबित करने के लिए बनाई गई है। इसके विपरीत, स्कीमैटोक्रोम (संरचनात्मक रंग) एक रंगहीन सतह से प्रकाश के परावर्तन और ऊतकों द्वारा अपवर्तन से निर्मित रंग हैं। स्कीमैटोक्रोम प्रिज्म की तरह कार्य करते हैं, दृश्य प्रकाश को अपवर्तित और बिखेरते हैं, जो अंततः रंगों के एक विशिष्ट संयोजन को प्रतिबिंबित करेगा। ये श्रेणियां क्रोमैटोफोर के भीतर पिगमेंट की गति से निर्धारित होती हैं। शारीरिक रंग परिवर्तन अल्पकालिक और तेज़ होते हैं, जो मछलियों में पाए जाते हैं, और पर्यावरण में बदलाव के प्रति जानवर की प्रतिक्रिया का परिणाम होते हैं। इसके विपरीत, रूपात्मक रंग परिवर्तन दीर्घकालिक परिवर्तन हैं, जो जानवर के विभिन्न चरणों में होते हैं, और क्रोमैटोफोर की संख्या में परिवर्तन के कारण होते हैं। रंग पिगमेंट, पारदर्शिता या अपारदर्शिता को बदलने के लिए, कोशिकाएं रूप और आकार में बदल जाती हैं, और अपने बाहरी आवरण को फैलाती या सिकोड़ती हैं।

फोटो-सुरक्षात्मक पिगमेंट

यूवी-ए और यूवी-बी से होने वाले नुकसान के कारण, समुद्री जानवरों ने ऐसे यौगिक विकसित किए हैं जो यूवी प्रकाश को अवशोषित करते हैं और सनस्क्रीन के रूप में कार्य करते हैं। माइकोस्पोरिन-जैसे अमीनो एसिड (MAAs) 310-360 एनएम पर यूवी किरणों को अवशोषित कर सकते हैं। मेलेनिन एक और प्रसिद्ध यूवी-रक्षक है। कैरोटीनॉयड और फोटोपिगमेंट दोनों अप्रत्यक्ष रूप से फोटो-सुरक्षात्मक पिगमेंट के रूप में कार्य करते हैं, क्योंकि वे ऑक्सीजन मुक्त कणों को शांत करते हैं। वे प्रकाश संश्लेषक पिगमेंट के पूरक भी हैं जो नीले क्षेत्र में प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करते हैं।

पिगमेंट की रक्षात्मक भूमिका

यह ज्ञात है कि जानवर शिकारियों को चेतावनी देने के लिए अपने रंग पैटर्न का उपयोग करते हैं, हालांकि यह देखा गया है कि एक स्पंज पिगमेंट ने एक ऐसे रसायन की नकल की जो एक एम्फ़िपॉड के मोल्टिंग (केंचुली उतारने) के नियमन में शामिल था, जो स्पंज का शिकार करने के लिए जाना जाता था। इसलिए जब भी वह एम्फ़िपॉड स्पंज को खाता है, तो रासायनिक पिगमेंट मोल्टिंग को रोक देते हैं, और एम्फ़िपॉड अंततः मर जाता है।

रंग पर पर्यावरणीय प्रभाव

अकशेरुकी जीवों में रंग गहराई, पानी के तापमान, भोजन के स्रोत, धाराओं, भौगोलिक स्थिति, प्रकाश के संपर्क और अवसादन के आधार पर भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, जैसे-जैसे हम समुद्र में गहरे जाते हैं, एक निश्चित समुद्री एनीमोन में कैरोटीनॉयड की मात्रा कम हो जाती है। इस प्रकार, गहरे पानी में रहने वाले समुद्री जीव पिगमेंट की कमी के कारण अच्छी तरह से रोशनी वाले क्षेत्रों में रहने वाले जीवों की तुलना में कम चमकदार होते हैं। औपनिवेशिक एस्किडियन-सायनोफाइट सिम्बायोसिस *ट्राइडिडेमनम सॉलिडम* की कॉलोनियों में, उनके रंग उस प्रकाश व्यवस्था के आधार पर अलग-अलग होते हैं जिसमें वे रहते हैं। जो कॉलोनियां पूर्ण सूर्य के प्रकाश के संपर्क में रहती हैं, वे भारी रूप से कैल्सीफाइड, मोटी और सफेद होती हैं। इसके विपरीत, छायादार क्षेत्रों में रहने वाली कॉलोनियों में फाइकोसायनिन (लाल रंग को अवशोषित करने वाला पिगमेंट) की तुलना में अधिक फाइकोएरिथ्रिन (हरे रंग को अवशोषित करने वाला पिगमेंट) होता है, वे पतली होती हैं और बैंगनी रंग की होती हैं। छायादार कॉलोनियों में बैंगनी रंग मुख्य रूप से शैवाल के फाइकोबिलिन पिगमेंट के कारण होता है, जिसका अर्थ है कि प्रकाश के संपर्क में भिन्नता इन कॉलोनियों के रंगों को बदल देती है।

अनुकूली रंग

एपोसैमेटिज्म संभावित शिकारियों को दूर रहने का संकेत देने के लिए चेतावनी रंग है। कई क्रोमोडोरिड नूडिब्रैंच में, वे स्पंज से उत्सर्जित अरुचिकर और विषाक्त रसायनों को लेते हैं और उन्हें अपने रिपग्नटोरियल ग्रंथियों (मेंटल किनारे के चारों ओर स्थित) में संग्रहीत करते हैं। नूडिब्रैंच के शिकारियों ने अपने चमकीले रंग के पैटर्न के आधार पर इन विशिष्ट नूडिब्रैंच से बचना सीख लिया है। शिकार भी विभिन्न प्रकार के कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों से बने अपने विषाक्त यौगिकों द्वारा खुद को बचाते हैं।

शारीरिक गतिविधियाँ

समुद्री जानवरों के पिगमेंट रक्षात्मक भूमिकाओं के अलावा कई अलग-अलग उद्देश्यों की पूर्ति करते हैं। कुछ पिगमेंट यूवी से सुरक्षा के लिए जाने जाते हैं (फोटो-सुरक्षात्मक पिगमेंट देखें)। नूडिब्रैंच *नेम्ब्रोथा कुबारयाना* में, टेट्रापायरोल पिगमेंट 13 को एक शक्तिशाली रोगाणुरोधी एजेंट पाया गया है। इसके अलावा इस जीव में, टैमजामिन ए, बी, सी, ई, और एफ ने रोगाणुरोधी, एंटीट्यूमर और इम्यूनोसप्रेसिव गतिविधियां दिखाई हैं।

सेस्क्यूटरपेनोइड्स अपने नीले और बैंगनी रंगों के लिए पहचाने जाते हैं, लेकिन यह भी बताया गया है कि वे विभिन्न जैव-गतिविधियां प्रदर्शित करते हैं जैसे कि जीवाणुरोधी, इम्यूनोरेगुलेटिंग, रोगाणुरोधी, और साइटोटॉक्सिक, साथ ही निषेचित समुद्री अर्चिन और एस्किडियन अंडों में कोशिका विभाजन के खिलाफ निरोधात्मक गतिविधि। कई अन्य पिगमेंट साइटोटॉक्सिक दिखाए गए हैं। वास्तव में, *फैकिलिया स्टेलिडर्मा* नामक स्पंज से अलग किए गए दो नए कैरोटीनॉयड ने माउस ल्यूकेमिया कोशिकाओं के खिलाफ हल्की साइटोटॉक्सिसिटी दिखाई। चिकित्सा भागीदारी वाले अन्य पिगमेंट में साइटोनेमिन, टॉपसेंटिन और डिब्रोमोहाइमेनियलडिसिन शामिल हैं, जिनके पास क्रमशः सूजन, संधिशोथ (रुमेटॉइड आर्थराइटिस) और ऑस्टियोआर्थराइटिस के क्षेत्र में कई प्रमुख यौगिक हैं। इस बात के प्रमाण हैं कि टॉपसेंटिन इम्यूनोजेनिक सूजन के शक्तिशाली मध्यस्थ हैं, और टॉपसेंटिन और साइटोनेमिन न्यूरोजेनिक सूजन के शक्तिशाली अवरोधक हैं।

उपयोग

पिगमेंट को निकाला जा सकता है और रंजक (डाई) के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

पिगमेंट (जैसे एस्टैक्सैन्थिन और लाइकोपीन) का उपयोग आहार पूरक के रूप में किया जाता है।

संदर्भ

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Biological pigment” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Biological_pigment यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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