माध्यमिक जीवविज्ञान · Grades 10–12

21आँख और उसके प्रकाशग्राही

बिना चाँद की किसी रात में, हर लैंप से दूर, आपको रास्ता दिखता है पर उसके रंग नहीं; किसी दोस्त की लाल जैकेट एक धूसर आकृति भर रह जाती है। किसी फीके तारे को सीधे देखिए और वह ग़ायब हो जाता है; ज़रा बग़ल से देखिए और वह फिर उभर आता है। ये दोनों अजूबे दृष्टिपटल से आते हैं, यानी आँख के पिछले हिस्से की उस पतली चादर से जहाँ प्रकाश तंत्रिका संकेत बन जाता है: दो तरह की ग्राही कोशिकाएँ, असमान रूप से बँटी हुईं, जिनमें एक रंग के प्रति अंधी है और दूसरी अँधेरे में। यह अध्याय आँख को कॉर्निया से लेकर दृक् तंत्रिका तक खोलकर देखता है, और दृष्टिपटल के वर्णकों के जीनों में हमारे जैव-विकासी इतिहास का एक टुकड़ा पढ़ता है।

21.1 एक प्रकाशीय उपकरण के रूप में आँख

परिभाषा 21.1 (आँख के हिस्से)

आँख लगभग $24\,\mathrm{mm}$ की एक गेंद है। प्रकाश पारदर्शी कॉर्निया से भीतर आता है, पुतली से गुज़रता है — यानी रंगीन परितारिका के उस छेद से, जो अँधेरे में चौड़ा होता है और तेज़ रोशनी में सँकरा — और लेंस से, फिर काचाभ द्रव की साफ़ जेली पार करता है, और दृष्टिपटल तक पहुँचता है, यानी गेंद के पिछले हिस्से पर परत बनाती उस प्रकाश-संवेदी तह तक। कॉर्निया और लेंस मिलकर दृष्टिपटल पर उस दृश्य का छोटा उल्टा प्रतिबिंब बनाते हैं; और लेंस, जिसकी वक्रता पेशियाँ बदल सकती हैं, दूर से पास की वस्तुओं तक फ़ोकस समायोजित करता है (समंजन)। दृक् तंत्रिका आँख के पीछे से निकलकर दृष्टिपटल के संकेत मस्तिष्क तक ढोती है।

क्षैतिज काट में आँख। कॉर्निया और लेंस प्रकाश को फ़ोकस करते हैं; और पीछे का दृष्टिपटल उसे उन संकेतों में बदल देता है जो दृक् तंत्रिका से होकर निकलते हैं।

उदाहरण 21.2 (फ़ोकस, और उसकी ख़राबियाँ)

ढीली पड़ी आँख दूर की वस्तुओं को दृष्टिपटल पर फ़ोकस करती है; और $25\,\mathrm{cm}$ पर पढ़ने के लिए लेंस को उभरना पड़ता है। ज़रा-सी अधिक लंबी आँख दूर की वस्तुओं को दृष्टिपटल से आगे फ़ोकस करती है — यानी निकट-दृष्टि, जिसे चश्मे का अपसारी लेंस ठीक करता है; और बहुत छोटी आँख, या उम्र के साथ कड़ा हुआ लेंस, पास की वस्तुओं को फ़ोकस में ला ही नहीं पाता — यानी दूर-दृष्टि, जिसे अभिसारी लेंस ठीक करता है। हर हाल में दृष्टिपटल सही-सलामत है: ख़राबी प्रकाशीय है, और चश्मा उस प्रतिबिंब को वहीं लौटा देता है जहाँ ग्राही हैं।

21.2 दृष्टिपटल

परिभाषा 21.3 (प्रकाशग्राही)

दृष्टिपटल में दो तरह की प्रकाशग्राही कोशिकाएँ होती हैं, जिनके नाम उनके आकार पर हैं। शलाकाएँ, जो क़रीब 12 करोड़ हैं, बहुत मंद प्रकाश का भी जवाब देती हैं पर सब एक ही वर्णक के साथ: वे रात में धूसर छायाओं में दृष्टि देती हैं। शंकु, जो क़रीब 60 लाख हैं, अधिक तेज़ प्रकाश माँगते हैं और तीन तरह के आते हैं, जिनमें से हर एक का वर्णक स्पेक्ट्रम के किसी अलग हिस्से के प्रति सबसे संवेदनशील है: वे दिन की दृष्टि और रंग देते हैं। हर प्रकाशग्राही में एक प्रकाश-वर्णक होता है — यानी एक प्रोटीन, कोई ऑप्सिन, जो विटामिन A से बना प्रकाश सोखता एक छोटा अणु थामे रहता है — और किसी फ़ोटॉन को सोखते ही उसके आकार का बदलना उस कोशिका का विद्युत जवाब शुरू कर देता है।

काट में दृष्टिपटल। प्रकाश तंत्रिका कोशिकाओं की पारदर्शी परतें पार करके पीछे के प्रकाशग्राहियों तक पहुँचता है, जिनके प्रकाश सोखते सिरे उससे उल्टी ओर मुड़े हैं; और फिर संकेत आगे की ओर चलता है, ग्राही से द्विध्रुवी कोशिका तक और वहाँ से गुच्छिका कोशिका तक, जिनके तंतु दृक् तंत्रिका बनाते हैं।

प्रतिज्ञप्ति 21.4 (दृष्टिपटल का संगठन)

प्रकाशग्राही दृष्टिपटल के पीछे, किसी गहरी परत से सटे पड़े होते हैं; और प्रकाश को उन तक पहुँचने के लिए बाक़ी परतें पार करनी पड़ती हैं। उनके संकेत द्विध्रुवी कोशिकाओं तक जाते हैं, फिर गुच्छिका कोशिकाओं तक, जिनके लंबे तंतु — क़रीब दस लाख — इकट्ठे होकर दृक् तंत्रिका बनाते हैं। यह बँटवारा असमान है: दृष्टि-गर्तिका पर, यानी उस छोटे केंद्रीय गड्ढे पर जिसकी ओर आँख ताकती है, केवल शंकु होते हैं, ठसाठस भरे और हर एक अपनी ही गुच्छिका कोशिका से जुड़ा, जो सबसे तीखी दृष्टि देता है; और केंद्र से दूर शलाकाएँ छाई रहती हैं तथा उनमें से बहुत-सी एक ही गुच्छिका कोशिका बाँटती हैं, जो ब्योरे के दाम पर संवेदनशीलता देती हैं। और जहाँ से दृक् तंत्रिका निकलती है वहाँ कोई ग्राही होता ही नहीं: यही अंध बिंदु है।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

नेत्रदर्शी से पुतली से होकर देखा गया दृष्टिपटल: वह फीकी तश्तरी जहाँ से दृक् तंत्रिका निकलती है और वाहिकाएँ भीतर आती हैं (यानी अंध बिंदु), और उसके एक ओर, उससे गहरी, वह दृष्टि-गर्तिका जहाँ शंकु सबसे सघन हैं।

उदाहरण 21.5 (दोनों अजूबों की व्याख्या)

सीधे देखने पर वह फीका तारा इसलिए ग़ायब हो जाता है कि दृष्टि-गर्तिका में केवल शंकु हैं, जिन्हें उस तारे से मिलने वाले प्रकाश से अधिक चाहिए; और बग़ल से देखने पर उसका प्रकाश शलाकाओं पर पड़ता है, जो उसे पकड़ लेती हैं। वह जैकेट रात में इसलिए धूसर है कि उसे देखती शलाकाओं का अकेला एक वर्णक है: वे बता सकती हैं कि प्रकाश कितना है, यह नहीं कि किस तरंगदैर्घ्य का। रंग तीनों शंकु-प्रकारों के बीच की तुलना है, और अँधेरे में शंकु चुप रहते हैं।

21.3 रंग: तीन वर्णक

प्रतिज्ञप्ति 21.6 (रंग-दृष्टि)

हर तरह के शंकु में तीन ऑप्सिनों में से एक होता है, जिनकी सोखने की चोटियाँ $420\,\mathrm{nm}$ (S शंकु, नीला), $530\,\mathrm{nm}$ (M शंकु, हरा) और $560\,\mathrm{nm}$ (L शंकु, लाल) के पास हैं। कोई दिया हुआ प्रकाश तीनों प्रकारों को ऐसे अनुपातों में उकसाता है जो उसके तरंगदैर्घ्य पर निर्भर हैं; और मस्तिष्क रंग उन्हीं अनुपातों से पढ़ लेता है। जिस व्यक्ति में किसी एक तरह के शंकु न हों वह उन रंगों में गड्डमड्ड करता है जिन्हें वह प्रकार अलग बताता था: काम करते L या M शंकुओं के बिना लाल और हरा अलग बताना मुश्किल हो जाता है — यानी लाल–हरी वर्णांधता, जो लगभग 8% पुरुषों और 0.5% स्त्रियों को होती है।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

तरंगदैर्घ्य के सापेक्ष चारों प्रकाश-वर्णकों की सोख। हर एक चौड़ी है और वे आपस में ओवरलैप करती हैं; 580\, nm का कोई पीला प्रकाश L शंकुओं को ज़ोर से, M शंकुओं को मध्यम और S शंकुओं को बिलकुल नहीं उकसाता — और मस्तिष्क के लिए “पीले” का अर्थ वही अनुपात है। — तरंगदैर्घ्य के सापेक्ष चारों प्रकाश-वर्णकों की सोख। हर एक चौड़ी है और वे आपस में ओवरलैप करती हैं; $580\,\mathrm{nm}$ का कोई पीला प्रकाश L शंकुओं को ज़ोर से, M शंकुओं को मध्यम और S शंकुओं को बिलकुल नहीं उकसाता — और मस्तिष्क के लिए “पीले” का अर्थ वही अनुपात है।

उदाहरण 21.7 (वक्र पढ़ना)

$500\,\mathrm{nm}$ का प्रकाश: S शंकु 8% पर, M 75% पर, L 40% पर — यानी नीला-हरा दिखता है। $620\,\mathrm{nm}$ का प्रकाश: S 0 पर, M 10% पर, L 42% पर — यानी लाल। जिस व्यक्ति के पास L शंकु न हों उसे दोनों के लिए केवल एक S और एक M मान मिलता है, और दूसरा प्रकाश S 0, M 10 देता है: यानी किसी मंद हरे से मुश्किल से ही अलग। जिन रंगों को वह ग़ायब प्रकार अलग बता देता, वे एक में ढह जाते हैं।

21.4 ऑप्सिन जीन: एक इतिहास वाला कुल

प्रतिज्ञप्ति 21.8 (ऑप्सिनों के जीन)

हर ऑप्सिन का अपना जीन उसका कूट है। S-ऑप्सिन का जीन किसी साधारण गुणसूत्र पर है; और M तथा L ऑप्सिनों के जीन X गुणसूत्र पर अग़ल-बग़ल पड़े हैं। L और M प्रोटीन अपने 364 ऐमीनो अम्लों में से केवल 15 पर अलग हैं (96% एक जैसे), जबकि S प्रोटीन इनमें से किसी से भी अपने आधे से अधिक स्थानों पर। X पर होने के कारण M या L का कोई बेकार युग्मविकल्पी उसे ढोते हर पुरुष में व्यक्त हो जाता है और स्त्रियों में केवल तब जब वे दो ढोती हों — यानी अध्याय 16 वाला ढर्रा, और लाल–हरी वर्णांधता पुरुषों में सोलह गुना अधिक आम होने की वजह भी।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

प्रतिज्ञप्ति 21.9 (द्विगुणनों से बना जीनों का एक कुल)

तीनों ऑप्सिन जीन, और शलाका के वर्णक का जीन, किसी एक पूर्वज जीन के ही रूप हैं, जिसकी नक़लें द्विगुणन से बनीं और फिर उत्परिवर्तन से अलग होती गईं। उनकी समानता की मात्रा उन नक़लों की तिथि बता देती है: S और L/M वाली रेखाएँ कशेरुकियों के इतिहास में बहुत पहले अलग हुईं, यानी क़रीब 50 करोड़ साल पहले; और L तथा M जीन क़रीब 3 से 4 करोड़ साल पहले पुरानी दुनिया के नरवानरों के पूर्वज में हुए एक ही द्विगुणन से उठे, जिनके वंशजों — बंदरों, कपियों, मनुष्यों — के पास तीन तरह के शंकु हैं, जबकि अधिकांश दूसरे स्तनधारियों के पास दो।

साक्ष्य. अनुक्रमों की तुलना: L और M जीन 96% एक जैसे हैं और X पर अग़ल-बग़ल — यानी किसी हालिया अनुक्रमित द्विगुणन का निशान; हर एक S जीन से लगभग 43% मिलता है, और तीनों शलाका के ऑप्सिन जीन से लगभग 40%, जो उससे भी दूर की नक़लें हैं। कुत्तों, गायों और अधिकांश स्तनधारियों के पास X-सहलग्न केवल एक ऑप्सिन जीन है, ठीक उसी जगह पर जहाँ नरवानरों के दो हैं; नई दुनिया के बंदरों के पास एक है, कई विकल्पियों के साथ, और केवल वही मादाएँ तीन रंग देखती हैं जो दो अलग युग्मविकल्पी ढोती हों। हर वंशक्रम में जीनों की गिनती शंकुओं की गिनती से मेल खाती है, और जीनों का वृक्ष जातियों के वृक्ष से। ∎

ऑप्सिन जीनों का कुल। हर लाल बिंदु एक द्विगुणन है: एक जीन दो बन गया, और फिर वे नक़लें उत्परिवर्तन से अलग होती गईं। सबसे हालिया, यानी L/M, केवल पुरानी दुनिया के नरवानरों में मिलता है और उसी ने उन्हें तीसरा शंकु दिया।

उदाहरण 21.10 (एक द्विगुणन ने क्या बदला)

दो तरह के शंकु वाला कोई बंदर जंगल को रंग की दो विमाओं में देखता है, और पके फल को पत्तों में से छाँटना मुश्किल होता है। L/M द्विगुणन के बाद एक नक़ल लंबे तरंगदैर्घ्यों की ओर उत्परिवर्तित हो सकी जबकि दूसरी मूल रूप बनाए रह गई — यानी एक तीसरा शंकु, और हरे पर पका हुआ लाल। और जो उत्परिवर्तन बाद में 8% पुरुषों में एक नक़ल तोड़ देता है वह उस आँख को बस पूर्वजों वाली दो-शंकु अवस्था में लौटा देता है।

विधि 21.11 (रंग-दृष्टि के किसी मामले पर तर्क करना)

कौन-सा शंकु-प्रकार ग़ायब है या बदला हुआ? इसे उन रंगों से पढ़िए जो गड्डमड्ड होते हैं (लाल–हरा: L या M; नीला–पीला, जो विरला है: S)।
कौन-सा जीन, और किस गुणसूत्र पर? L और M X पर, और S कहीं और।
वंशागति लगाइए: लाल–हरे के लिए X-सहलग्न अप्रभावी — यानी वाहक माताओं के बेटे दो में एक बार रोगग्रस्त, और रोगग्रस्त पिताओं की सारी बेटियाँ वाहक।
जीनों के कुल से जोड़िए: कोई खोई हुई नक़ल, या अग़ल-बग़ल के जीनों के बीच किसी अदला-बदली से बहुत एक जैसी बना दी गई L और M की नक़ल।

टिप्पणी 21.12 (आँख से मस्तिष्क तक)

दृष्टिपटल देखता नहीं; वह बदलता है और छाँटना शुरू करता है। दृक् तंत्रिका के दस लाख तंतु एक कूटबद्ध वर्णन — विरोधाभास, किनारे, शंकुओं के जवाबों के अनुपात — मस्तिष्क तक ढोते हैं, जहाँ अगला अध्याय उसे उठा लेता है। जिसे हम देखना कहते हैं वह वहीं होता है, और यहाँ बताई गई कोशिकाओं के संकेतों पर तथा और किसी चीज़ पर नहीं: जिस व्यक्ति के दृष्टिपटल काम करते हों पर जिसका दृष्टि-मस्तिष्क क्षतिग्रस्त हो वह अंधा है, और जिसका दृष्टि-मस्तिष्क काम करता हो पर जिसके प्रकाशग्राही मर चुके हों वह भी अंधा है।

21.5 अभ्यास

अभ्यास 21.1 ★

बाहर से प्रकाशग्राहियों तक प्रकाश जिन रचनाओं को पार करता है उन्हें क्रम से गिनाइए।

हल

हल — अभ्यास 21.1.

कॉर्निया, पुतली (परितारिका के छेद से), लेंस, काचाभ द्रव, और फिर दृष्टिपटल की पारदर्शी परतें (गुच्छिका तथा द्विध्रुवी कोशिकाएँ) पार करके पीछे के प्रकाशग्राही।

अभ्यास 21.2 ★

शलाकाओं और शंकुओं की तुलना कीजिए: संख्या, संवेदनशीलता, वर्णक, दृष्टि की क़िस्म।

हल

हल — अभ्यास 21.2.

शलाकाएँ: क़रीब 12 करोड़, बहुत संवेदनशील, एक वर्णक, और धूसर में रात की दृष्टि। शंकु: क़रीब 60 लाख, तेज़ प्रकाश माँगते हैं, तीन वर्णक, दिन की तथा रंग की दृष्टि, और दृष्टि-गर्तिका पर सबसे तीखी।

अभ्यास 21.3 ★

दृष्टि-गर्तिका और अंध बिंदु क्या हैं?

हल

हल — अभ्यास 21.3.

दृष्टि-गर्तिका दृष्टिपटल का वह केंद्रीय गड्ढा है जो केवल ठसाठस भरे शंकुओं से बना है और जहाँ दृष्टि सबसे तीखी है। और अंध बिंदु वह जगह है जहाँ से दृक् तंत्रिका निकलती है और जहाँ कोई प्रकाशग्राही नहीं।

अभ्यास 21.4 ★

सोख वाले चित्र से बताइए कि $450\,\mathrm{nm}$ का प्रकाश कौन-से वर्णक सोखते हैं, और कितनी ज़ोर से।

हल

हल — अभ्यास 21.4.

S शंकु लगभग 45%, शलाकाएँ लगभग 60%, M शंकु लगभग 20%, और L शंकु लगभग 10%।

अभ्यास 21.5 ★

L और M ऑप्सिनों के जीन किस गुणसूत्र पर हैं, और लाल–हरी वर्णांधता की वंशागति के लिए उससे क्या निकलता है?

हल

हल — अभ्यास 21.5.

X गुणसूत्र पर; और यह स्थिति X-सहलग्न अप्रभावी है: वह युग्मविकल्पी ढोते हर पुरुष में व्यक्त, और स्त्रियों में केवल दो प्रतियों के साथ, इसलिए वह पुरुषों में कहीं अधिक आम है।

अभ्यास 21.6 ★★

समझाइए कि हम रात में रंग क्यों नहीं देख पाते, और कोई फीका तारा बग़ल से बेहतर क्यों दिखता है।

हल

हल — अभ्यास 21.6.

रात में केवल शलाकाएँ जवाब देती हैं, और उनका अकेला एक वर्णक है: वे चमक बताती हैं, तरंगदैर्घ्य नहीं, इसलिए कोई रंग नहीं। दृष्टि-गर्तिका में केवल शंकु हैं, जो उस तारे के लिए बहुत असंवेदनशील हैं; और बग़ल से देखने पर उस तारे का प्रतिबिंब शलाकाओं पर पड़ता है, जो उसे पकड़ लेती हैं।

अभ्यास 21.7 ★★

दो प्रकाश शंकुओं को इस तरह उकसाते हैं: प्रकाश 1, S 0, M 60, L 100; प्रकाश 2, S 0, M 30, L 50. क्या वे एक ही रंग के हैं? एक ही चमक के? समझाइए।

हल

हल — अभ्यास 21.7.

वही रंग: दोनों में S:M:L के अनुपात 0:0.6:1 हैं। पर चमक अलग: प्रकाश 2 हर शंकु को आधा ही उकसाता है। रंग वह अनुपात है; और चमक वह कुल।

अभ्यास 21.8 ★★

कोई वर्णांध पुरुष ऐसी स्त्री से विवाह करता है जिसके नातेदारों में कोई वर्णांध नहीं। उनके बेटों की, उनकी बेटियों की, और उनकी बेटियों के बेटों की रंग-दृष्टि बताइए।

हल

हल — अभ्यास 21.8.

बेटों को अपना X माता से मिलता है: इसलिए सब सामान्य। बेटियों को पिता का X मिलता है: इसलिए सब वाहक, और दृष्टि सामान्य। और हर वाहक बेटी के बेटे आधी प्रायिकता से वर्णांध होते हैं।

अभ्यास 21.9 ★★

लाल–हरी वर्णांधता पुरुषों में स्त्रियों से सोलह गुना अधिक आम क्यों है? पुरुषों में 8% से स्त्रियों में अपेक्षित बारंबारता निकालिए।

हल

हल — अभ्यास 21.9.

किसी पुरुष को एक उत्परिवर्ती X चाहिए, और किसी स्त्री को दो। यदि उस युग्मविकल्पी की बारंबारता 0.08 हो, तो कोई स्त्री दो $0.08^2 = 0.0064$ प्रायिकता से ढोती है, यानी लगभग 0.6% — जो 8% से सोलह गुना कम है।

अभ्यास 21.10 ★★

L और M जीन 96% एक जैसे हैं, और हर एक S से 43%। समझाइए कि ये दोनों संख्याएँ दोनों द्विगुणनों की तिथियाँ एक-दूसरे के सापेक्ष कैसे बता देती हैं।

हल

हल — अभ्यास 21.10.

किसी द्विगुणन के बाद बीते समय के साथ फ़र्क़ जमा होते जाते हैं: L और M के बीच 4% का मतलब है कोई हालिया नक़ल; और इनमें से किसी का S से 57% का मतलब है कोई कहीं पुरानी। इसलिए L/M द्विगुणन सबसे हालिया घटना है, और S का अलगाव उससे कहीं पहले का।

अभ्यास 21.11 ★★

अधिकांश स्तनधारियों के पास दो तरह के शंकु हैं और पुरानी दुनिया के नरवानरों के पास तीन। इस फ़र्क़ को किसी द्विगुणन से समझाइए, और बताइए कि वह बचाकर क्यों रखा गया होगा।

हल

हल — अभ्यास 21.11.

पुरानी दुनिया के नरवानरों के पूर्वज ने अपने अकेले X-सहलग्न ऑप्सिन जीन का द्विगुणन किया; और एक नक़ल ने अपनी चोटी लंबे तरंगदैर्घ्यों की ओर खिसका ली, जिससे तीसरा शंकु-प्रकार और रंग की एक नई विमा मिली। वह शायद इसलिए बचाकर रखा गया कि उसने पत्तों के बीच पके फल और नई कोंपलें ढूँढ़ने में मदद की।

अभ्यास 21.12 ★★★

किसी व्यक्ति के पास S शंकु नहीं हैं। वह कौन-से रंग गड्डमड्ड करता है? समझाइए कि यह स्थिति विरली और दोनों लिंगों में बराबर आम क्यों है।

हल

हल — अभ्यास 21.12.

नीले और पीले (और हरे में से नीला-हरा)। S जीन किसी साधारण गुणसूत्र पर है, इसलिए दोनों में से किसी भी लिंग में दोनों युग्मविकल्पी उत्परिवर्ती होने चाहिए — यानी विरला और लिंग से स्वतंत्र।

अभ्यास 21.13 ★★★

दृष्टि-गर्तिका के शंकु $2.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ की दूरी पर हैं और आँख की फ़ोकस दूरी लगभग $17\,\mathrm{mm}$ । वह सबसे छोटा कोण निकालिए जिस पर दो बिंदु अलग-अलग शंकुओं पर पड़ सकें, और $10\,\mathrm{m}$ पर विभेदित हो सकने वाले सबसे छोटे ब्योरे का आकार भी। (छोटे कोण की सन्निकटता लीजिए: रेडियन में कोण $=$ आकार $/$ दूरी।)

हल

हल — अभ्यास 21.13.

$2.5 \times 10^{-6}/17 \times 10^{-3} \approx 1.5 \times 10^{-4}\,\mathrm{rad}$ , यानी चाप का लगभग आधा मिनट। और $10\,\mathrm{m}$ पर: $1.5 \times 10^{-4} \times 10 = 1.5\,\mathrm{mm}$ ।

अभ्यास 21.14 ★★★

नई दुनिया के बंदरों में X-सहलग्न उस अकेले ऑप्सिन जीन के अलग-अलग चोटी तरंगदैर्घ्यों वाले कई युग्मविकल्पी हैं। समझाइए कि उन जातियों की केवल कुछ ही मादाएँ तीन रंग क्यों देखती हैं, और कोई नर क्यों नहीं।

हल

हल — अभ्यास 21.14.

किसी नर के पास एक X है, इसलिए एक युग्मविकल्पी, इसलिए M/L प्रकार का एक ही शंकु: यानी S समेत दो प्रकार। और जिस मादा के पास दो अलग युग्मविकल्पी हों वह कुछ शंकुओं में एक और बाक़ी में दूसरा व्यक्त करती है: यानी तीन प्रकार, और इसलिए तीन-रंग की दृष्टि; जबकि दो एक जैसे युग्मविकल्पी वाली मादा के पास किसी नर जैसे दो ही प्रकार होते हैं।

अभ्यास 21.15 ★★★

कोई रोग प्रकाशग्राही नष्ट कर देता है पर दृष्टिपटल का बाक़ी हिस्सा छोड़ देता है। समझाइए कि गुच्छिका कोशिकाओं को विद्युत से उकसाता कोई प्रतिरोप कुछ दृष्टि क्यों लौटा सकता है, और उसकी गुणवत्ता को सीमित क्या करता है।

हल

हल — अभ्यास 21.15.

गुच्छिका कोशिकाएँ और दृक् तंत्रिका सही-सलामत हैं, इसलिए उन तक पहुँचाई गई विद्युत धड़कनें दृष्टि-मस्तिष्क तक संकेतों की तरह पहुँच जाती हैं। गुणवत्ता को इलेक्ट्रोडों की संख्या सीमित करती है (सैकड़ों, जबकि दस लाख तंतु और लाखों ग्राही होते हैं) और दृष्टिपटल की अपनी छँटाई का खो जाना भी।

21.6 समस्या: तीन वर्णक और एक द्विगुणन

समस्या 21.1

सप्ताहांत समस्या — रंग-दृष्टि खोलकर देखी गई: किसी स्पेक्ट्रम पर शंकुओं के जवाब, वर्णांधता वाला एक परिवार, ऑप्सिन जीनों की तुलना, और वह तीखापन जहाँ तक कोई दृष्टि-गर्तिका पहुँच सकती है

सोख वाले चित्र का इस्तेमाल कीजिए। एक परीक्षण $470\,\mathrm{nm}$ , $530\,\mathrm{nm}$ , $590\,\mathrm{nm}$ और $650\,\mathrm{nm}$ के प्रकाश दिखाता है।

भाग I — शंकु जवाब देते हैं।

हर प्रकाश के लिए S, M और L शंकुओं का अनुमानित जवाब पढ़िए।
कौन-सा प्रकाश तीनों प्रकारों को उकसाता है? कौन-सा केवल एक को?
जिस व्यक्ति के पास L शंकु न हों उसे केवल S और M मान मिलते हैं। उन चारों में से कौन-से दो प्रकाश उसके लिए अलग बताना मुश्किल हो जाते हैं? अंकों से कारण बताइए।
जिस व्यक्ति के पास M शंकु न हों: वह कौन-सा जोड़ा गड्डमड्ड करती है?
समझाइए कि इनमें से कोई भी “लाल के प्रति अंधा” नहीं है, फिर भी दोनों लाल को हरे से बताने में कमज़ोर क्यों हैं।

भाग II — एक परिवार। नोरा सामान्य रूप से रंग देखती है; उसका पिता लाल–हरा वर्णांध है। वह सैम से विवाह करती है, जो सामान्य रूप से देखता है।

X-सहलग्न ऑप्सिन जीन के लिए नोरा का जीनप्ररूप बताइए और कारण भी।
उनके संभव बेटों और बेटियों के जीनप्ररूप तथा रंग-दृष्टि, प्रायिकताओं समेत बताइए।
उनकी बेटी इनेस, जिसकी रंग-दृष्टि सामान्य है, किसी वर्णांध पुरुष से विवाह करती है। इनेस के वाहक होने की प्रायिकता निकालिए, फिर उनकी किसी बेटी के वर्णांध होने की प्रायिकता।
समझाइए कि किसी वर्णांध बेटी का पिता हमेशा वर्णांध क्यों होता है।
नोरा के पिता की माता सामान्य रूप से रंग देखती थीं। क्या वे ज़रूर वाहक रही होंगी? समझाइए।

भाग III — जीन। ऑप्सिन प्रोटीन अनुक्रमों के बीच समानताएँ: L–M 96%, L–S 43%, M–S 43%, S–रोडॉप्सिन 41%।

इन संख्याओं से निकलता चारों जीनों का वृक्ष खींचिए या उसका वर्णन कीजिए।
यदि फ़र्क़ एक-सी दर से जमा होते हों और L/M द्विगुणन 3.5 करोड़ साल पुराना हो, तो S बनाम L/M के अलगाव की उम्र आँकिए।
L और M जीन X पर अग़ल-बग़ल पड़े हैं। समझाइए कि अर्धसूत्री विभाजन के दौरान उनके बीच कोई असमान अदला-बदली ऐसा X कैसे बना सकती है जिस पर दोनों में से केवल एक हो, और उससे कौन-सी रंग-दृष्टि बनती है।
ऐसी अदला-बदलियाँ लाल–हरी वर्णांधता का सबसे आम कारण हैं। अग़ल-बग़ल पड़े दो लगभग एक जैसे जीन उनके प्रति ख़ास तौर पर खुले क्यों हैं?
L/M द्विगुणन पुरानी दुनिया के सारे नरवानरों में मिलता है और किसी दूसरे स्तनधारी में नहीं। इससे यह क्या पता चलता है कि वह कब और किसमें हुआ?

भाग IV — दृष्टि-गर्तिका का तीखापन। गर्तिका के शंकु $2.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ की दूरी पर हैं; और आँख की फ़ोकस दूरी $17\,\mathrm{mm}$ । कोण (रेडियन) $=$ आकार $/$ दूरी लीजिए।

दो पड़ोसी शंकुओं का बनाया कोण रेडियन में और चाप के मिनटों में निकालिए ( $1' = 2.9 \times 10^{-4}$ रेडियन)।
$6\,\mathrm{m}$ पर अक्षर का सबसे छोटा कौन-सा ब्योरा विभेदित हो सकता है? उस दूरी पर “सामान्य” दृष्टि के लिए नेत्र-परीक्षण चार्ट के अक्षरों की लगभग $1.7\,\mathrm{mm}$ की लकीरों से तुलना कीजिए।
गर्तिका से दूर 100 शलाकाएँ एक ही गुच्छिका कोशिका बाँटती हैं। वहाँ विभेदित हो सकने वाला कोण आँकिए, और समझाइए कि बदले में क्या मिलता है।
किसी बाज़ की गर्तिका के शंकु दोगुने सघन भरे हैं और उसकी आँख ज़रा बड़ी। उसका विभेदन कितने गुना महीन है?
परिणाम लिखिए: तीनों शंकु-प्रकार और हर एक जिस प्रकाश के प्रति अंधा है वह, वह अकेली आनुवंशिक घटना जिसने नरवानरों को तीसरा दिया, और वह कोण जिसे दृष्टि-गर्तिका विभेदित कर लेती है।

हल

हल — समस्या 21.1.

1. $470\,\mathrm{nm}$ : S 40, M 35, L 18. $530\,\mathrm{nm}$ : S 0, M 100, L 80. $590\,\mathrm{nm}$ : S 0, M 40, L 90. $650\,\mathrm{nm}$ : S 0, M 2, L 12.

2. $470\,\mathrm{nm}$ तीनों को उकसाता है; और $650\,\mathrm{nm}$ असल में केवल L को।

3. केवल S और M के साथ: $590\,\mathrm{nm}$ (0, 40) देता है और $650\,\mathrm{nm}$ (0, 2); जबकि $530\,\mathrm{nm}$ (0, 100) देता है। इसलिए $590\,\mathrm{nm}$ (नारंगी) और $530\,\mathrm{nm}$ (हरा) प्रकाश केवल M की तीव्रता में अलग हैं, यानी किसी मंद और किसी चमकीले हरे जैसे, और वही मुश्किल जोड़ा हैं; और $650\,\mathrm{nm}$ किसी बहुत मंद प्रकाश जैसा दिखता है।

4. केवल S और L के साथ: $530\,\mathrm{nm}$ (0, 80) देता है और $590\,\mathrm{nm}$ (0, 90) — यानी लगभग एक जैसे: इसलिए हरा और नारंगी गड्डमड्ड हो जाते हैं।

5. दोनों लाल प्रकाश अपने बचे हुए शंकु-प्रकार से पकड़ तो लेते हैं; जो खोता है वह M और L के जवाबों के बीच की तुलना है, और वही लाल को हरे से अलग करती है।

6. $X^NX^c$ : उसके पिता ने उसे अपना अकेला X दिया, जो वह उत्परिवर्ती युग्मविकल्पी ढोता है; और उसकी सामान्य दृष्टि दिखाती है कि दूसरा X सामान्य है।

7. बेटे: आधे-आधे $X^NY$ सामान्य या $X^cY$ वर्णांध। बेटियाँ: आधी-आधी $X^NX^N$ या $X^NX^c$ , और दोनों की दृष्टि सामान्य (दूसरी वाली वाहक)।

8. इनेस $1/2$ प्रायिकता से वाहक है। कोई बेटी तभी वर्णांध होगी जब उसे दोनों जनकों से $X^c$ मिले: पिता से तो पक्के तौर पर, और इनेस से $1/2 \times 1/2$ प्रायिकता से: यानी $1/4$ ।

9. किसी वर्णांध बेटी के पास दो उत्परिवर्ती X गुणसूत्र होते हैं, हर जनक से एक; और पिता अपना अकेला X हर बेटी को देता है, इसलिए उसका X उत्परिवर्ती है और वह ख़ुद वर्णांध है।

10. हाँ: उनके बेटे को अपना X उन्हीं से मिला, और वह उत्परिवर्ती युग्मविकल्पी ढोता है; और सामान्य दृष्टि के साथ वे $X^NX^c$ रही होंगी।

11. पहले रोडॉप्सिन अलग होता है; फिर S, L/M रेखा से अलग होता है; और L तथा M सबसे आख़िर में बँटते हैं: यानी (रोडॉप्सिन, (S, (L, M)))।

12. 3.5 करोड़ साल के लिए 4% का फ़र्क़; इसलिए 57% में लगभग $35 \times 57/4 \approx 500$ लाख साल, यानी 50 करोड़ साल लगते — जो कशेरुकियों के शुरुआती उद्गम से संगत है (बड़े फ़र्क़ों पर यह संबंध ठीक-ठीक समानुपाती नहीं है, इसलिए यह परिमाण की कोटि भर है)।

13. अग़ल-बग़ल पड़े वे दो लगभग एक जैसे जीन दोनों X गुणसूत्रों के जुड़ने के दौरान ग़लत सीध में बैठ सकते हैं; और तब कोई अदला-बदली एक X तीन प्रतियों वाला और एक अकेली प्रति वाला दे देती है। जिस नर को वह एक-प्रति वाला X मिले उसके पास M/L प्रकार का केवल एक शंकु होता है: यानी लाल–हरी वर्णांधता।

14. जुड़ना अनुक्रम की समानता पर टिका है: इसलिए अग़ल-बग़ल पड़े 96% एक जैसे दो जीन बेसुरे ढंग से, यानी जीन 1 जीन 2 के साथ, जुड़ सकते हैं और असमान अदला-बदली कर सकते हैं।

15. वह एक ही बार हुआ, यानी पुरानी दुनिया के नरवानरों के साझा पूर्वज में, दूसरे स्तनधारियों तथा नई दुनिया के बंदरों से उनके अलग होने के बाद, क़रीब 3.5 करोड़ साल पहले, और वह उनके सारे वंशजों को विरासत में मिला।

16. $2.5 \times 10^{-6}/17 \times 10^{-3} \approx 1.5 \times 10^{-4}$ रेडियन, यानी लगभग $0.5'$ ।

17. $1.5 \times 10^{-4} \times 6 \approx 0.9\,\mathrm{mm}$ : यानी $1.7\,\mathrm{mm}$ की उन लकीरों से महीन, और इसीलिए सामान्य दृष्टि वह पंक्ति आराम से पढ़ लेती है (व्यवहार में प्रकाशीय धुँधलापन उस सीमा को $1'$ के पास ले आता है)।

18. कम से कम दस गुना मोटा (100 शलाकाएँ एक ही संकेत बाँटती हैं, यानी क़रीब 10 गुणा 10): यानी चाप के कई मिनट; और बदले में सौ ग्राही अपना प्रकाश जोड़ लेते हैं तथा कहीं मंद स्रोत भी पकड़ लेते हैं।

19. दोगुना घनत्व यानी $\sqrt{2}$ गुना क़रीब की दूरी, और बड़ी आँख लंबी फ़ोकस दूरी जोड़ देती है: यानी लगभग दोगुना महीन।

20. S, M और L शंकु, जिनमें से हर एक अपनी चोटी से दूर स्पेक्ट्रम के सिरे के प्रति लगभग अंधा है; X-सहलग्न ऑप्सिन जीन का 3.5 करोड़ साल पहले हुआ एक अनुक्रमित द्विगुणन, जिसने नरवानरों को तीसरा दिया; और दृष्टि-गर्तिका चाप का लगभग आधा मिनट विभेदित कर लेती है।

इस अध्याय में परिभाषित शब्द

शब्दावली के सभी 479 शब्द देखें