जीव विज्ञान — मानव शरीर क्रिया विज्ञान, स्वास्थ्य, रोग एवं पोषण

परिचय

जीव विज्ञान, सीजीपीएससी पेपर 1 पाठ्यक्रम में एक विज्ञान विषय के रूप में, जीवन के मूलभूत तंत्रों का एक विस्तृत कैनवास समेटे हुए है — मानव शरीर कैसे कार्य करता है, वह रोगों से कैसे लड़ता है, पोषक तत्व इसे कैसे बनाए रखते हैं, और पादप तथा सूक्ष्मजीव मानव स्वास्थ्य एवं कृषि के साथ कैसे अंतःक्रिया करते हैं। उपविषय "जीव विज्ञान — मानव शरीर क्रिया विज्ञान, स्वास्थ्य, रोग एवं पोषण" शुद्ध विज्ञान और व्यावहारिक ज्ञान के संगम पर स्थित है, जो इसे अभ्यर्थियों के लिए सर्वाधिक प्रासंगिक अनुभागों में से एक बनाता है।

इस उपविषय ने 2019 से 2024 तक सीजीपीएससी परीक्षाओं में 11 प्रश्न उत्पन्न किए हैं, जो उस समयावधि के प्रत्येक वर्ष में उपस्थित रहे हैं। यह निरंतर उपस्थिति — लगातार छह वर्षों तक प्रश्नों के साथ — संकेत देती है कि परीक्षक इस क्षेत्र को पेपर का एक स्थायी और अनिवार्य घटक मानते हैं। यह आवृत्ति विज्ञान अनुभाग में सर्वाधिक है, जो इसे भौतिकी और रसायन विज्ञान समूहों के समकक्ष रखती है। एक अभ्यर्थी जो इस अध्याय में व्यापक रूप से निपुणता प्राप्त कर लेता है, वह किसी भी वर्ष के पेपर में लगभग निश्चित रूप से दो या तीन प्रश्नों का सही उत्तर दे सकता है।

वास्तव में परीक्षित किए गए विषयों का दायरा परीक्षकों की बौद्धिक प्राथमिकताओं को प्रकट करता है। इस उपविषय के प्रश्नों ने पादप शरीर क्रिया विज्ञान (रंध्र, प्रकाश-संश्लेषण, वाष्पोत्सर्जन), कोशिकीय जीव विज्ञान (गुणसूत्र, ग्लूकोज का विघटन, अवायवीय श्वसन), पोषण विज्ञान (स्थूल और सूक्ष्म पोषक तत्व, विटामिन अभावजन्य रोग), सूक्ष्म जैविकी और संक्रामक रोग (विषाणु, वैक्सीन खुराक, धान का अंगमारी रोग), और कृषि में हार्मोनों के दुरुपयोग की जांच की है। यह विस्तार का अर्थ है कि अभ्यर्थी सुरक्षित रूप से केवल एक संकीर्ण क्षेत्र पर "ध्यान केंद्रित" नहीं कर सकते — परीक्षक पूरे पैलेट से चित्रण करता है।

यहाँ छत्तीसगढ़-विशिष्ट आयाम की भी सराहना करनी है। छत्तीसगढ़ भारत का "चावल का कटोरा" है — राज्य लाखों हेक्टेयर में धान उगाता है और धान का अंगमारी रोग (कवक मैग्नापोर्थे ओराइज़ी के कारण) इसकी कृषि अर्थव्यवस्था के लिए प्रत्यक्ष खतरा है। धान अंगमारी रोग पर एक सीजीपीएससी प्रश्न अकादमिक जिज्ञासा नहीं है; यह परीक्षण करता है कि क्या अभ्यर्थी उन रोगों को समझता है जो राज्य की खाद्य सुरक्षा को खतरे में डालते हैं। इसी प्रकार, जैव उर्वरकों (राइजोबियम, एज़ोला, नील-हरित शैवाल) पर प्रश्न छत्तीसगढ़ के जैविक और टिकाऊ खेती के प्रयासों के लिए गहराई से प्रासंगिक हैं, यह देखते हुए कि आदिवासी खेती के अंतर्गत बड़े क्षेत्र अभी भी पारंपरिक और निम्न-निविष्ट कृषि पर निर्भर हैं।

पोषण संबंधी रोग भी सीजी संदर्भ में अत्यधिक महत्वपूर्ण हैं। राज्य में ऐतिहासिक रूप से कुपोषण, रक्ताल्पता और विटामिन अभावजन्य रोगों की उच्च दर रही है, विशेष रूप से आदिवासी और ग्रामीण जिलों में। स्कर्वी (विटामिन सी की कमी), रतौंधी (विटामिन ए की कमी), और रक्ताल्पता (आयरन की कमी) सार्वजनिक स्वास्थ्य समस्याएँ हैं जिन्हें राज्य सरकार की योजनाएँ सक्रिय रूप से संबोधित करती हैं। जब सीजीपीएससी स्कर्वी और विटामिन सी (2023 में परीक्षित) के बारे में पूछता है, तो वह एक साथ विज्ञान ज्ञान और नीति जागरूकता का परीक्षण कर रहा होता है।

इस उपविषय के प्रश्नों की कठिनाई का स्तर प्रत्यक्ष स्मरण (विटामिन सी → स्कर्वी; कोविशील्ड खुराक = 0.5 मिली) से लेकर बहु-कथन मूल्यांकन (रंध्र के बारे में तीनों कथन; ग्लूकोज विघटन के बारे में कथन) तक फैला हुआ है। बहु-कथन प्रारूप एक पसंदीदा उपकरण है क्योंकि इसके लिए न केवल मुख्य तथ्य को जानना आवश्यक है, बल्कि सटीक रूप से पहचानने में सक्षम होना भी आवश्यक है कि कौन से सहायक तथ्य सत्य या असत्य हैं। यह अध्याय सीधे और समग्र दोनों प्रकार के प्रश्न प्रारूपों को संभालने के लिए आवश्यक सभी निर्माण खंड सिखाता है।

यह नोट मूलभूत अवधारणाओं से बाहर की ओर क्रमशः समृद्ध क्षेत्रों की ओर बढ़ने के लिए संरचित है: पहले मुख्य परिभाषाएँ, फिर पादप शरीर क्रिया विज्ञान, फिर मानव शरीर क्रिया विज्ञान और कोशिकीय श्वसन, फिर पोषण और अभावजन्य रोग, फिर संक्रामक रोग और टीके, फिर वास्तविक पीवाईक्यू से लिए गए कार्य उदाहरण, और अंत में पूर्वानुमानात्मक और पुनरीक्षण सामग्री।

मुख्य अवधारणाएँ और आधारभूत सिद्धांत

जीव विज्ञान के किसी भी विशिष्ट तंत्र में प्रवेश करने से पहले, प्रत्येक अभ्यर्थी को शब्दावली और वैचारिक ढाँचे में सहज होना चाहिए। जीव विज्ञान एक शब्दावली-भारी अनुशासन है, और एक ही शब्द की अशुद्ध समझ बहु-कथन प्रश्नों पर त्रुटियों का एक झरना पैदा कर सकती है।

कोशिका (Cell): सभी सजीव जीवों की मूलभूत संरचनात्मक और क्रियात्मक इकाई। प्रत्येक शारीरिक प्रक्रिया — पाचन, श्वसन, प्रतिरक्षा, हार्मोन सिग्नलिंग — अंततः कोशिकीय स्तर पर होती है।

केंद्रक (Nucleus): एक यूकैरियोटिक कोशिका के भीतर झिल्ली-बद्ध कोशिकांग जो आनुवंशिक पदार्थ (गुणसूत्रों में संगठित डीएनए) को धारण करता है। यह कोशिका का नियंत्रण केंद्र है, जो प्रोटीन संश्लेषण और कोशिका विभाजन का निर्देशन करता है।

गुणसूत्र (Chromosome): केंद्रक के अंदर पाया जाने वाला डीएनए और प्रोटीन से बना एक धागे जैसी संरचना। प्रत्येक गुणसूत्र एक रैखिक अनुक्रम में जीनों को वहन करता है। गुणसूत्र संख्या एक निश्चित, प्रजाति-विशिष्ट स्थिरांक है — आनुवंशिकी की एक आधारशिला। मनुष्यों में 46 गुणसूत्र (23 जोड़े) होते हैं; प्रति प्रजाति स्थिर गुणसूत्र संख्या का परीक्षण सीजीपीएससी 2019 में सीधे किया गया था।

जीन (Gene): डीएनए का एक विशिष्ट अनुक्रम जो एक कार्यात्मक उत्पाद, सामान्यतः एक प्रोटीन, के लिए कोड करता है। जीन वंशानुगत लक्षणों का निर्धारण करते हैं।

प्रकाश-संश्लेषण (Photosynthesis): वह जैव रासायनिक प्रक्रिया जिसके द्वारा हरे पादप, शैवाल और कुछ जीवाणु कार्बन डाइऑक्साइड और पानी का उपयोग करके प्रकाश ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा (ग्लूकोज) में परिवर्तित करते हैं, जिसमें ऑक्सीजन एक उप-उत्पाद के रूप में मुक्त होती है। यह पृथ्वी पर लगभग सभी जीवन के लिए मूलभूत ऊर्जा ग्रहण प्रक्रिया है।

श्वसन (Respiration): वह जैव रासायनिक प्रक्रिया जिसके द्वारा कोशिकाएँ ऊर्जा (एटीपी) मुक्त करने के लिए ग्लूकोज (या अन्य कार्बनिक अणुओं) का विघटन करती हैं। श्वसन वायवीय (ऑक्सीजन का उपयोग करके) या अवायवीय (ऑक्सीजन के बिना) हो सकता है।

एटीपी (एडीनोसिन ट्राइफॉस्फेट) (ATP): कोशिकाओं की सार्वभौमिक ऊर्जा मुद्रा। ग्लूकोज विघटन से मुक्त ऊर्जा एटीपी के फॉस्फेट बंधों में संग्रहीत होती है और उन बंधों के टूटने पर व्यय होती है।

रंध्र (Stomata) (एकवचन: स्टोमा): सूक्ष्म छिद्र जो मुख्यतः पत्तियों के बाह्यत्वचा (और कभी-कभी तनों) में पाए जाते हैं। प्रत्येक छिद्र दो रक्षक कोशिकाओं (guard cells) से घिरा होता है जो इसके खुलने और बंद होने को नियंत्रित करती हैं। रंध्र तीन संबंधित कार्य करते हैं: गैस विनिमय (प्रकाश-संश्लेषण के दौरान CO₂ अंदर, O₂ बाहर; श्वसन के दौरान O₂ अंदर, CO₂ बाहर), जल वाष्प का उत्सर्जन (वाष्पोत्सर्जन), और प्रकाश-संश्लेषण के लिए वायुमंडलीय CO₂ का ग्रहण।

वाष्पोत्सर्जन (Transpiration): वह प्रक्रिया जिसके द्वारा पादप के वायवीय भागों से मुख्यतः रंध्रों के माध्यम से जल वाष्प के रूप में पानी नष्ट होता है। यह एक तनाव पैदा करता है जो जड़ों से पानी को ऊपर की ओर खींचता है — वाष्पोत्सर्जन कर्षण (transpiration pull) — और पादप को ठंडा भी करता है।

रक्षक कोशिकाएँ (Guard Cells): विशेषीकृत गुर्दे के आकार की (या घासों में डम्बल के आकार की) बाह्यत्वचीय कोशिकाएँ जो प्रत्येक रंध्र को घेरे रहती हैं। इनका स्फीति दाब (turgor pressure) रंध्रीय उद्घाटन को नियंत्रित करता है: जब रक्षक कोशिकाएँ पानी सोखती हैं, तो वे फूल जाती हैं और मुड़ जाती हैं, जिससे छिद्र खुल जाता है; जब वे पानी खोती हैं, तो वे ढह जाती हैं और इसे बंद कर देती हैं।

हार्मोन (Hormone): एक रासायनिक संदेशवाहक जो एक ऊतक में उत्पन्न होता है और लक्ष्य ऊतकों तक (सामान्यतः जंतुओं में रक्त या पादपों में संवहनी ऊतक के माध्यम से) परिवहन किया जाता है, जहाँ यह विशिष्ट शारीरिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करता है।

विषाणु (Virus): एक अकोशिकीय संक्रामक कारक जो एक प्रोटीन आवरण (कैप्सिड) में लिपटे न्यूक्लिक अम्ल जीनोम (या तो डीएनए या आरएनए, एक साथ दोनों कभी नहीं) से बना होता है। विषाणुओं को कई परिभाषाओं द्वारा सजीव नहीं माना जाता क्योंकि उनमें स्वतंत्र चयापचय का अभाव होता है और उन्हें प्रतिकृति बनाने के लिए परपोषी कोशिका की मशीनरी को अपहरण करना पड़ता है।

टीका (Vaccine): एक जैविक तैयारी जो किसी व्यक्ति की प्रतिरक्षा प्रणाली को एक विशिष्ट रोगज़नक़ को पहचानने और उससे लड़ने के लिए उत्तेजित करती है, जिससे रोग स्वयं पैदा किए बिना प्रतिरक्षा प्रदान होती है।

पोषक तत्व (Nutrient): एक पदार्थ जो एक जीव को ऊर्जा, वृद्धि और महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं के रखरखाव के लिए आवश्यक होता है। पोषक तत्वों को स्थूल पोषक तत्व (बड़ी मात्रा में आवश्यक) और सूक्ष्म पोषक तत्व (अल्प मात्रा में आवश्यक) के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

अभावजन्य रोग (Deficiency Disease): एक या अधिक आवश्यक पोषक तत्वों की अनुपस्थिति या अपर्याप्त आपूर्ति के कारण होने वाला रोग। उदाहरणों में स्कर्वी (विटामिन सी की कमी), रिकेट्स (विटामिन डी की कमी), और रक्ताल्पता (आयरन या विटामिन बी12 की कमी) शामिल हैं।

जैव उर्वरक (Biofertilizer): एक पदार्थ जिसमें सजीव सूक्ष्मजीव होते हैं, जो बीजों, पादप सतहों या मिट्टी पर लगाए जाने पर मूलांग क्षेत्र या पादप के आंतरिक भाग में उपनिवेश स्थापित करते हैं और परपोषी पादप को प्राथमिक पोषक तत्वों की आपूर्ति बढ़ाकर वृद्धि को बढ़ावा देते हैं।

गुणसूत्र संख्या स्थिरता (Chromosome Number Constancy): आनुवंशिकी के सबसे महत्वपूर्ण सिद्धांतों में से एक — किसी भी दी गई प्रजाति की दैहिक (शरीर) कोशिकाओं में गुणसूत्रों की संख्या उस प्रजाति के लिए निश्चित और स्थिर होती है, चाहे आयु, लिंग, वजन या पर्यावरणीय परिस्थितियाँ कुछ भी हों। यह स्थिरता समसूत्री कोशिका विभाजन (mitotic cell division) द्वारा बनाए रखी जाती है।

कोशिका: संरचनात्मक अवलोकन

एक सामान्य जंतु कोशिका में एक प्लाज्मा झिल्ली होती है जो अंतर्निहित कोशिकांगों वाले कोशिका द्रव्य (cytoplasm) को घेरे रहती है: केंद्रक (आनुवंशिक नियंत्रण), माइटोकॉन्ड्रिया (वायवीय श्वसन द्वारा एटीपी उत्पादन), राइबोसोम (प्रोटीन संश्लेषण), अंतर्द्रव्यी जालिका (परिवहन नेटवर्क), और गॉल्जी उपकरण (पैकेजिंग और स्राव)। प्लाज्मा झिल्ली एक फॉस्फोलिपिड द्विपरत (phospholipid bilayer) है जिसमें अंतर्निहित प्रोटीन होते हैं जो नियंत्रित करते हैं कि कौन से पदार्थ कोशिका में प्रवेश करते हैं और बाहर निकलते हैं — यह चयनात्मक पारगम्यता (selective permeability) सभी शारीरिक प्रक्रियाओं के लिए मौलिक है।

एक सामान्य पादप कोशिका प्लाज्मा झिल्ली के बाहर एक कठोर सेल्यूलोज कोशिका भित्ति (cell wall), स्फीति और भंडारण के लिए एक बड़ी केंद्रीय रसधानी (central vacuole), और क्लोरोप्लास्ट (chloroplasts) — वे कोशिकांग जहाँ प्रकाश-संश्लेषण होता है — रखने में भिन्न होती है। क्लोरोप्लास्ट की दोहरी झिल्ली एक द्रव मैट्रिक्स (स्ट्रोमा) और आंतरिक झिल्लीदार थैलियों (थायलाकॉइड) को घेरे रहती है; प्रकाश-निर्भर अभिक्रियाएँ थायलाकॉइड झिल्लियों पर होती हैं, और केल्विन चक्र (कार्बन स्थिरीकरण) स्ट्रोमा में होता है।

जंतु और पादप कोशिकाओं के बीच तुलना एक सामान्य परीक्षा विषय है:

प्रोकैरियोटिक बनाम यूकैरियोटिक कोशिकाएँ

एक मूलभूत अंतर जो जीवन के संपूर्ण वृक्ष को रेखांकित करता है:

प्रोकैरियोट (जीवाणु, सायनोबैक्टीरिया/नील-हरित शैवाल): कोई झिल्ली-बद्ध केंद्रक नहीं; आनुवंशिक पदार्थ एक न्यूक्लियॉइड क्षेत्र के रूप में; कोई झिल्ली-बद्ध कोशिकांग नहीं; सामान्यतः छोटे (1–10 µm); द्विखंडन (binary fission) द्वारा विभाजित होते हैं।

यूकैरियोट (जंतु, पादप, कवक, प्रोटिस्ट): वास्तविक झिल्ली-बद्ध केंद्रक; झिल्ली-बद्ध कोशिकांग; सामान्यतः बड़े (10–100 µm); समसूत्रण (mitosis) या अर्धसूत्रण (meiosis) द्वारा विभाजित होते हैं।

सायनोबैक्टीरिया — प्रमुख जैव उर्वरकों में से एक — प्रोकैरियोट हैं। उनमें केंद्रक का अभाव होता है लेकिन फिर भी उनके पास नाइट्रोजन स्थिरीकरण और प्रकाश-संश्लेषण के लिए आणविक मशीनरी होती है। यह एक महत्वपूर्ण सूक्ष्म अंतर है: "नील-हरित शैवाल" एक सामान्य नाम है, लेकिन वे वास्तविक शैवाल (जो यूकैरियोटिक हैं) नहीं हैं। वे प्रकाश-संश्लेषण में सक्षम प्रोकैरियोटिक जीवाणु हैं।

प्रतिरक्षा तंत्र: मूल अवधारणाएँ

चूँकि "स्वास्थ्य और रोग" उपविषय का स्पष्ट रूप से भाग है, अभ्यर्थियों को इस बात की कार्यशील समझ की आवश्यकता है कि मानव शरीर रोगज़नक़ों से कैसे लड़ता है।

प्रतिरक्षा (Immunity): किसी जीव की संक्रमण और रोग का प्रतिरोध करने की क्षमता। यह दो व्यापक शाखाओं के माध्यम से संचालित होती है: जन्मजात (अविशिष्ट, तत्काल) और अनुकूली (विशिष्ट, स्मृति-आधारित)।

प्रतिजन (Antigen): कोई भी अणु — सामान्यतः किसी रोगज़नक़ की सतह पर एक प्रोटीन — जिसे प्रतिरक्षा तंत्र विदेशी के रूप में पहचानता है और उसके विरुद्ध प्रतिक्रिया शुरू करता है।

प्रतिरक्षी (Antibody): एक Y-आकार का प्रोटीन (इम्यूनोग्लोबुलिन) जो एक विशिष्ट प्रतिजन के जवाब में बी लिम्फोसाइटों (बी कोशिकाओं) द्वारा निर्मित होता है। प्रत्येक प्रतिरक्षी उस प्रतिजन से विशिष्ट रूप से जुड़ता है जिसने इसके उत्पादन को प्रेरित किया, जिससे रोगज़नक़ तटस्थ या विनाश के लिए चिह्नित हो जाता है।

लिम्फोसाइट (Lymphocyte): श्वेत रक्त कोशिकाएँ (एक प्रकार का ल्यूकोसाइट) जो अनुकूली प्रतिरक्षा में केंद्रीय भूमिका निभाती हैं। बी कोशिकाएँ प्रतिरक्षी उत्पन्न करती हैं (ह्यूमरल प्रतिरक्षा); टी कोशिकाएँ सीधे संक्रमित कोशिकाओं को मारती हैं या प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का समन्वय करती हैं (कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा)।

टीकाकरण कैसे काम करता है: यह एक प्रतिजन के हानिरहित रूप (मारा गया रोगज़नक़, दुर्बलीकृत रोगज़नक़, प्रोटीन उपइकाई, या — कोविशील्ड के मामले में — प्रतिजन जीन ले जाने वाला एक वायरल वेक्टर) को प्रस्तुत करके स्मृति कोशिकाओं का उत्पादन करने के लिए प्रतिरक्षा तंत्र को प्रशिक्षित करता है। जब वास्तविक रोगज़नक़ आता है, तो स्मृति प्रतिक्रिया तेज़ और मजबूत होती है, जो रोग को रोकती है।

पोषक तत्वों का वर्गीकरण: स्थूल बनाम सूक्ष्म

पादपों के लिए, पोषक तत्वों को आवश्यक मात्रा के आधार पर विभाजित किया जाता है:

स्थूल पोषक तत्व (Macronutrients) अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में आवश्यक होते हैं और इनमें शामिल हैं: नाइट्रोजन (N), फॉस्फोरस (P), पोटैशियम (K), कैल्शियम (Ca), मैग्नीशियम (Mg), और सल्फर (S)। पोटैशियम एक स्थूल पोषक तत्व है — इसका सीधे तौर पर सीजीपीएससी 2020 में परीक्षण किया गया था, जहाँ अभ्यर्थियों को पोटैशियम को जिंक, बोरॉन और क्लोरीन जैसे सूक्ष्म पोषक तत्वों से अलग करना था।

सूक्ष्म पोषक तत्व (Micronutrients) (अनुतत्व) अल्प मात्रा में आवश्यक होते हैं लेकिन फिर भी अनिवार्य हैं: आयरन (Fe), मैंगनीज (Mn), तांबा (Cu), जिंक (Zn), बोरॉन (B), मोलिब्डेनम (Mo), क्लोरीन (Cl), और निकल (Ni)।

एक सामान्य परीक्षा जाल पोटैशियम (K) या कैल्शियम (Ca) — स्पष्ट रूप से स्थूल पोषक तत्व — को सूक्ष्म पोषक तत्वों के साथ रखना और परीक्षण करना है कि क्या अभ्यर्थी अंतर जानता है।