প্রজাপতির ডানায় আলোকবিজ্ঞান ও জীবনের জটিল সমীকরণ
সম্প্রতি আন্তর্জাতিক বিজ্ঞান সাময়িকী নেচার-এ একটি যুগান্তকারী গবেষণা প্রকাশিত হয়েছে। গবেষণায় বলা হয়েছে, আকাশে প্রজাপতির এলোমেলো উড়ান আর ডানার বর্ণিল আলো-ছায়ার নকশা কেবল সৌন্দর্যই প্রকাশ করে না; বরং তা শিকারির চোখকে বিভ্রান্ত করার এক মোক্ষম বায়োলজিক্যাল ট্রিক বা জৈবিক কৌশল।
এক্সেটার বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষক জর্জ আর এ হ্যানকক, জোলিয়ন ট্রসিয়াঙ্কো ও তাঁদের দলের গবেষণায় প্রমাণিত হয়েছে, প্রজাপতির ডানা ঝাপটানো ও ভেসে থাকার বিশেষ উড্ডয়ন গতিবিদ্যা এবং ডানার সুস্পষ্ট বৈপরীত্যের নকশা যৌথভাবে শিকারি পাখির চোখে গতির এক জটিল দৃষ্টিভ্রম সৃষ্টি করে।
পাখিদের ভিজ্যুয়াল সিস্টেমের গতি শনাক্তকারী নিউরোনাল নেটওয়ার্ককে বিভ্রান্ত করে ডানার এই প্যাটার্নটি। এটি সামনের গতির দৃশ্যমান সংকেত কমিয়ে দেয়। ফলে শিকারি পাখি প্রজাপতির সঠিক গতি ও দিক অনুমানে ভুল করে বসে। পাশাপাশি পাখির আক্রমণের নিখুঁত টাইমিং গুলিয়ে যায়। ফলে শিকার আক্রমণ প্রজাপতির দেহের দৈর্ঘ্যের প্রায় ৩৮ শতাংশ পর্যন্ত পেছনে বা পাশে লক্ষ্যভ্রষ্ট হয়। তবে একটি ক্ষুদ্র প্রজাপতির ডানায় এই জাদুকরী আলোর খেলা কেবল শত্রুকে ধাঁধায় ফেলার বাহ্যিক কৌশল নয়; বরং এর আড়ালে লুকিয়ে আছে ন্যানো-পদার্থবিজ্ঞান, জটিল আণবিক রসায়ন এবং কোটি কোটি বছরে আয়ত্ত্ব করা অসাধারণ এক জৈবিক প্রকৌশল।
পাখিদের ভিজ্যুয়াল সিস্টেমের গতি শনাক্তকারী নিউরোনাল নেটওয়ার্ককে বিভ্রান্ত করে ডানার এই প্যাটার্নটি। এটি সামনের গতির দৃশ্যমান সংকেত কমিয়ে দেয়।
ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপের নিচে প্রজাপতির ডানা এক অলৌকিক ন্যানো-কলাক্ষেত্রের রূপ নেয়। ডানাগুলো মূলত কাইটিন ও বায়ুর সূক্ষ্ম স্তরে গঠিত হাজার হাজার আংশিক সমাপতিত আঁশ বা স্কেলে ঢাকা। ডানার এই বর্ণিল রূপ দুটি উপায়ে ফুটে ওঠে—পিগমেন্টারি বা রঞ্জকভিত্তিক রং এবং স্ট্রাকচারাল বা গাঠনিক রং। মেলানিন বা ক্যারোটিনয়েডের মতো রাসায়নিক অণু নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো শোষণ করে হলুদ, বাদামি বা লাল রং তৈরি করে। তবে মরফো প্রজাপতির (Morpho peleides) ডানায় যে চোখধাঁধানো তীব্র নীল আভা দেখা যায়, তার পেছনে কোনো নীল পিগমেন্ট বা রঞ্জক নেই!
নেচার সাময়িকীতে প্রকাশিত গবেষক ভুকাসিক ও স্যাম্বলসের (২০০৩) গবেষণা অনুযায়ী, ডানার স্কেলে থাকা ন্যানো-স্কেল ক্রিসমাস-ট্রি আকৃতির খাঁজগুলোর মধ্য দিয়ে আলো ঢোকার সময় বিভিন্ন স্তরে প্রতিফলিত আলোকতরঙ্গগুলোর মধ্যে গঠনমূলক ব্যতিচার ঘটে। সেটাই শুধু তীব্র নীল আলো আমাদের চোখে প্রতিফলিত করে।
শুধু আলোকবিজ্ঞানের খেলাই নয়; সায়েন্স সাময়িকীতে প্রকাশিত তসাই ও তাঁর সহকর্মীদের (২০২০) এক গবেষণায় দেখা যায়, ডানার এই ন্যানো-কাঠামো শক্তিশালী ইনফ্রারেড বা অবলোহিত বিকিরণ নির্গত করে প্রজাপতির দেহকে অতিরিক্ত উত্তপ্ত হওয়া থেকে রক্ষা করে। একই সঙ্গে এর বিশেষ সূক্ষ্ম গঠন পানিকে আটকে থাকতে না দিয়ে ডানাকে করে তোলে পুরোপুরি জলনিরোধক বা সুপারহাইড্রোফোবিক। প্রকৃতির এই ন্যানো-প্রযুক্তি অনুকরণ করে বর্তমানে বিজ্ঞানীরা বিষাক্ত রঞ্জক ছাড়াই টেকসই বায়োমাইমেটিক কালার ডিসপ্লে, বিদ্যুৎহীন ভবন শীতলীকরণ কোটিং (প্যাসিভ রেডিয়াটিভ কুলিং) এবং স্ব-পরিষ্কারক সৌরপ্যানেল উদ্ভাবন করছেন।
ডানাগুলো মূলত কাইটিন ও বায়ুর সূক্ষ্ম স্তরে গঠিত হাজার হাজার আংশিক সমাপতিত আঁশ বা স্কেলে ঢাকা। ডানার এই বর্ণিল রূপ দুটি উপায়ে ফুটে ওঠে—পিগমেন্টারি এবং স্ট্রাকচারাল।
তবে কেবল আলোর খেলায় আবদ্ধ নয় প্রজাপতির টিকে থাকার যুদ্ধ। লার্ভা বা শুঁয়োপোকা অবস্থায় শুরু হয় এদের ভয়ংকর রাসায়নিক প্রস্তুতি। যেমন, মনার্ক প্রজাপতি (Danaus plexippus) লার্ভা দশায় মিল্কউইড নামক বিষাক্ত উদ্ভিদের পাতা খায়। তাতে অতিমাত্রায় কার্ডিয়াক গ্লাইকোসাইড, বিশেষ করে ক্যালোট্রোপিন, ক্যালাক্টিন, উসচারিডিন এবং অ্যাসক্লেপিনের মতো মারাত্মক উদ্ভিজ্জ বিষ থাকে। শুঁয়োপোকা এই বিষ হজম না করে অক্ষত অবস্থায় নিজস্ব টিস্যুতে জমা করে রাখে। রহস্যময় ব্যাপার হলো, হৃদ্যন্ত্র ও স্নায়ুতন্ত্র পক্ষাঘাতকারী এই তীব্র বিষ প্রজাপতির নিজের কোনো ক্ষতি করে না কেন?
নেচার সাময়িকীতে প্রকাশিত কারাজিওর্গিও ও তাঁর সহকর্মীদের (২০১৯) ক্রিসপ্যার-ক্যাস৯ জিন-সম্পাদনাভিত্তিক গবেষণায় দেখা যায়, বিবর্তনের ধারায় মনার্ক প্রজাপতির কোষীয় সোডিয়াম-পটাশিয়াম এটিপিএস এনজাইমে নির্দিষ্ট কিছু অ্যামিনো অ্যাসিডের উৎপরিবর্তন ঘটেছে। ফলে উদ্ভিজ্জ বিষের ক্ষতিকর প্রভাবকে নিষ্ক্রিয় করে দেয়। রূপান্তরের পরও এই বিষ তাদের টিস্যু ও ডানায় সক্রিয় থাকে, যা কোনো শিকারি পাখি খেলে তীব্র অসুস্থতা তৈরি করে। এই রাসায়নিক প্রতিরক্ষা ব্যবস্থার মেকানিজম উদ্ঘাটন কৃষি বিজ্ঞানে সুনির্দিষ্ট বায়ো-ইনসেক্টিসাইড তৈরি। আবার চিকিৎসাবিজ্ঞানে ক্যানসার ও হৃদ্রোগের নতুন ওষুধ আবিষ্কারে অভাবনীয় সম্ভাবনাও খুলে দিয়েছে।
সায়েন্স সাময়িকীতে প্রকাশিত মাজো-ভার্গাস ও তাঁর সহকর্মীদের গবেষণায় প্রমাণিত হয়েছে যে, ডানার এই বিচিত্র রূপ ও বর্ণিল নকশার মূলে রয়েছে দুটি মাস্টার জিন—ডব্লিউএনটি-এ এবং অপটিক্স।
নিজেদের দেহে বিষ ধারণ করে প্রজাপতিরা তা লুকিয়ে রাখে না; বরং শত্রুকে সতর্ক করতে তারা ডানায় ফুটিয়ে তোলে কমলা, লাল বা সাদার তীব্র সতর্কবার্তা। একে বলা হয় অ্যাপোসেমাটিজম। শিকারি প্রাণীরা একবার এদের খেয়ে অসুস্থ হলে আজীবন সেই দৃশ্যমান সংকেত মনে রাখে। এই প্রাকৃতিক নিয়মের সুযোগ নিয়ে বিবর্তিত হয়েছে বেটিসিয়ান মিমিক্রি। এতে সম্পূর্ণ বিষহীন ও সুস্বাদু প্রজাপতি (যেমন Papilio dardanus) বিবর্তিত হয়ে বিষাক্ত প্রজাতির ডানার রূপ নকল করে টিকে থাকে। আবার একাধিক বিষাক্ত প্রজাতি যৌথ সুরক্ষার জন্য একই সতর্ক সংকেত শেয়ার করে। সেটা মুলারিয়ান মিমিক্রি নামে পরিচিত। অন্যদিকে, ওক-লিফ প্রজাপতির (Kallima inachus) মতো প্রজাতি ডানার উল্টো পিঠকে শুকনো পাতার চেহারা দিয়ে ক্যামোফ্লেজ করে শত্রুর চোখ ফাঁকি দেয়।
সায়েন্স সাময়িকীতে প্রকাশিত মাজো-ভার্গাস ও তাঁর সহকর্মীদের (২০১৭) গবেষণায় প্রমাণিত হয়েছে যে, ডানার এই বিচিত্র রূপ ও বর্ণিল নকশার মূলে রয়েছে দুটি মাস্টার জিন—ডব্লিউএনটি-এ এবং অপটিক্স। মূলত এই দুই জিনের আণবিক সংকেতই নির্ধারণ করে দেয় ডানার কোথায় কোন আঁশ বা স্কেল বসবে এবং তার রং কেমন হবে।
নিজেদের দেহে বিষ ধারণ করে প্রজাপতিরা তা লুকিয়ে রাখে না; বরং শত্রুকে সতর্ক করতে তারা ডানায় ফুটিয়ে তোলে কমলা, লাল বা সাদার তীব্র সতর্কবার্তা। একে বলা হয় অ্যাপোসেমাটিজম।
প্রজাপতির জীবনে সবচেয়ে বিস্ময়কর অধ্যায় হলো শুঁয়োপোকা থেকে ক্রিসালিস বা পিউপা দশায় রূপান্তর বা মেটামরফসিস। বাহ্যিকভাবে পিউপা নিশ্চল মনে হলেও আণবিক পর্যায়ে এটি এক অভূতপূর্ব জৈবিক বিপ্লব। রূপান্তরের পুরো প্রক্রিয়াটি প্রধানত তিনটি হরমোনের প্রভাবে সম্পন্ন হয়। মস্তিষ্কের সংকেতে নিঃসৃত পিটিটিএইচ (প্রথোরাসিকোট্রপিক) হরমোন শরীরকে একডিসোন হরমোন তৈরিতে উদ্দীপিত করে। সেটা কাজ করে খোলস মোচন ও দৈহিক পরিবর্তনের মূল কারিগর হিসেবে। একই সঙ্গে ক্ষরিত হয় জুভেনাইল হরমোন। এই হরমোন লার্ভা দশাকে টিকিয়ে রাখে। রক্তে জুভেনাইল হরমোনের মাত্রা হঠাৎ শূন্যে নেমে এলে এবং একডিসোন উচ্চমাত্রায় সক্রিয় থাকলে শরীর সংকেত পায় যে রূপান্তরের সময় উপস্থিত।
এ সময় জিনের নির্দেশে ঘটে কোষের পরিকল্পিত মৃত্যু বা অ্যাপোপটোসিস। এর ফলে শুঁয়োপোকার পুরোনো পেশি ও পরিপাকতন্ত্র সম্পূর্ণ গলে গিয়ে এক পুষ্টিকর তরলে পরিণত হয়। বৈজ্ঞানিক পরিভাষায় একে বলা হয় হিস্টোলাইসিস। অবিশ্বাস্য হলেও সত্য, ডিম থেকে ফোটার মুহূর্ত থেকেই লার্ভার দেহে সুপ্ত অবস্থায় থাকে অতি ক্ষুদ্র কিছু স্টেম-সদৃশ কোষগুচ্ছ—যা ইমাজিনাল ডিস্ক নামে পরিচিত। পুরোনো টিস্যুর গলিত উপাদানকে শক্তি হিসেবে কাজে লাগিয়ে এই ইমাজিনাল ডিস্কগুলো দ্রুত বিভাজিত হয়। আর হিস্টোজেনেসিস প্রক্রিয়ার মাধ্যমে প্রজাপতির নতুন ডানা, পা, দীর্ঘ শুঁড় ও জটিল যৌগিক চোখ গঠন করে।
মস্তিষ্কের সংকেতে নিঃসৃত পিটিটিএইচ বা প্রথোরাসিকোট্রপিক হরমোন শরীরকে একডিসোন হরমোন তৈরিতে উদ্দীপিত করে। সেটা কাজ করে খোলস মোচন ও দৈহিক পরিবর্তনের মূল কারিগর হিসেবে।
রয়্যাল সোসাইটি সাময়িকীতে প্রকাশিত ট্রুম্যানের (২০১৯) গবেষণায় দেখা যায়, পতঙ্গজগতের প্রায় ৮৫ শতাংশ প্রজাতিই এই সম্পূর্ণ চার ধাপের (ডিম > লার্ভা > পিউপা > পূর্ণাঙ্গ) হলোমেটাবোলিক জীবনচক্র অনুসরণ করে সফলতার শীর্ষে পৌঁছেছে। এর প্রধান সুবিধা হলো সম্পদের নিখুঁত বণ্টন। অর্থাৎ শুঁয়োপোকা খায় গাছের পাতা আর পূর্ণাঙ্গ প্রজাপতি পান করে ফুলের মধু। ফলে একই প্রজাতির দুই রূপের মধ্যে খাদ্যের কোনো প্রতিদ্বন্দ্বিতা থাকে না। পাশাপাশি চরম শীত বা প্রতিকূল পরিবেশে পিউপা দশায় নিজেদের বিপাকীয় ক্রিয়া প্রায় বন্ধ করে দেয়। এভাবে তারা ডায়াপজ অবস্থায় দীর্ঘদিন সুপ্ত থেকে বেঁচে থাকে।
বিপরীতে, ফড়িং বা ঘাসফড়িংয়ের মতো অসম্পূর্ণ রূপান্তরের হেমিমেটাবোলিক পতঙ্গদের কোনো পিউপা দশা থাকে না। তার বদলে তারা সরাসরি নিম্ফ থেকে বারবার খোলস পাল্টিয়ে বড় হয়। কাইটিনের পুরোনো এক্সোস্কেলেটন ফাটানোর এই প্রক্রিয়ায় বুরসিকন হরমোনের প্রভাবে নতুন ত্বক শক্ত হয়। তবে এই খোলস পাল্টানোর মুহূর্তটি অত্যন্ত ঝুঁকিপূর্ণ। কারণ সামান্য আর্দ্রতার হেরফেরে কিংবা পুরোনো কঙ্কালে অঙ্গ আটকে গেলে ডানা স্থায়ীভাবে কুঁচকে যায় অথবা নিশ্চল অবস্থায় শিকারির পেটে চলে যেতে হয়।
অনেকের মনেই প্রশ্ন জাগতে পারে, টিকটিকির লেজ বা উভচরের অঙ্গের মতো কেটে গেলে কি প্রজাপতির ডানা আবার গজাতে পারে? আধুনিক জীববিজ্ঞান স্পষ্ট জানায়, না। পূর্ণাঙ্গ প্রজাপতির ক্ষতিগ্রস্ত ডানা আর কখনোই পুনরুৎপাদিত হয় না। রূপান্তর বা মেটামরফসিস শেষ হওয়ার পরপরই ডানার কোষগুলোতে মাইটোসিস কোষ বিভাজন প্রক্রিয়া স্থায়ীভাবে স্তব্ধ হয়ে যায়।
বিপরীতে, ফড়িং বা ঘাসফড়িংয়ের মতো অসম্পূর্ণ রূপান্তরের হেমিমেটাবোলিক পতঙ্গদের কোনো পিউপা দশা থাকে না। তার বদলে তারা সরাসরি নিম্ফ থেকে বারবার খোলস পাল্টিয়ে বড় হয়।
মূলত প্রজাপতির ডানা হলো কাইটিন ও প্রোটিনের শুষ্ক ঝিল্লি এবং মৃত স্কেলের এক স্তর। সেখানে মানুষের ত্বকের মতো কোনো সক্রিয় কোষ বা রক্ত সঞ্চালন থাকে না। ফলে ডানার প্রধান অংশ ছিঁড়ে বা নষ্ট হয়ে গেলে এরা ওড়ার ভারসাম্য হারিয়ে ফেলে। তাতে খাদ্য সংগ্রহ ও প্রজননে ব্যর্থ হয়ে তারা করুণ মৃত্যুর মুখে পতিত হয়।
প্রজাপতির ডানায় গতির চাক্ষুষ দৃষ্টিভ্রম, ন্যানো-কাঠামোয় আলোর বৈজ্ঞানিক মেলবন্ধন, উদ্ভিজ্জ বিষকে প্রতিরক্ষায় রূপান্তরের জটিল আণবিক প্রক্রিয়া, জিনের সুনির্দিষ্ট মাস্টার-কোডিং এবং হরমোন-চালিত কোষীয় পুনর্গঠন কেবল বাহ্যিক রূপসৌন্দর্যের উদ্ভাস নয়। এটি মূলত পদার্থবিজ্ঞান, রসায়ন ও জীববিজ্ঞানের এক অনন্য আণবিক মহাকাব্য।