कोशिकाएँ ‘bioelectricity’ का इस्तेमाल करके सहयोग करती हैं और सामूहिक फैसले लेती हैं

• यह पता चला है कि epithelial tissue की कोशिकाएँ विद्युत संकेतों के जरिए असामान्य कोशिकाओं को बाहर निकालती हैं
• cell membrane potential में बदलाव cell extrusion की शुरुआत का बिंदु बनता है और कमजोर या ऊर्जा-की-कमी वाली कोशिकाओं की पहचान करता है
• स्वस्थ कोशिकाएँ potential imbalance को ठीक कर लेती हैं, लेकिन क्षतिग्रस्त कोशिकाएँ इसे बनाए नहीं रख पातीं और सिकुड़ने के बाद ऊतक के बाहर धकेल दी जाती हैं
• यह bioelectric flow ऊतक के स्वास्थ्य को बनाए रखने और growth regulation में अहम भूमिका निभाता है
• शोधकर्ताओं ने जोर दिया कि bioelectricity nervous system के बाहर भी जीवित ऊतकों में information exchange का एक बुनियादी mechanism है

---

bioelectricity और कोशिकाओं के बीच संचार

• हालिया शोध ने पुष्टि की है कि epithelial tissue विद्युत संकेतों का उपयोग करके असामान्य कोशिकाओं को बाहर निकालता है
  • यह प्रक्रिया ऊतकों को स्वस्थ बनाए रखने और cancer या asthma जैसी बीमारियों को रोकने में महत्वपूर्ण है
  • विद्युत प्रवाह कोशिकाओं के लिए एक तरह की ‘health check’ भूमिका निभाता है
• जैसे-जैसे कोशिकाएँ अधिक घनी होती हैं, cell membrane के पार धारा बढ़ती है, और कमजोर कोशिकाएँ potential बनाए रखने में विफल हो जाती हैं
  • इस समय कोशिका के भीतर का पानी बाहर निकल जाता है, कोशिका सिकुड़ती है, और फिर ऊतक से हटा दी जाती है
• शोधकर्ता GuangJun Zhang ने कहा कि यह खोज इस बात का उदाहरण है कि bioelectric signals कोशिका-स्तरीय decision-making में कितने महत्वपूर्ण हैं

bioelectricity के मूल सिद्धांत

• सभी कोशिकाएँ membrane potential बनाए रखने के लिए ऊर्जा खर्च करती हैं
  • यह cell membrane के दोनों ओर ion concentration के अंतर से पैदा होने वाला potential difference है, जो विद्युत ऊर्जा के भंडारण का एक रूप है
• ion channels और pumps के जरिए कोशिकाएँ charge movement को नियंत्रित करती हैं, और इसी से विद्युत संकेत उत्पन्न करती हैं
• nerve cells इसी potential का उपयोग करके neurotransmitter release और potential spikes पैदा करती हैं और सूचना भेजती हैं
  • मांसपेशियों का संकुचन और हृदय की धड़कन भी ऐसे ही विद्युत संकेतों से शुरू होते हैं

epithelial cells का विद्युत extrusion mechanism

• epithelial tissue cell membrane potential को बनाए रखने में अपनी ऊर्जा का लगभग 25% इस्तेमाल करता है
• Jody Rosenblatt की शोध टीम ने कोशिकाओं की अत्यधिक भीड़ की स्थिति में कुछ कोशिकाओं को सिकुड़ने के बाद ऊतक से बाहर धकेले जाते हुए देखा
  • potential में बदलाव extrusion की शुरुआत है, और voltage-gated potassium channels इसमें प्रमुख भूमिका निभाते हैं
• स्वस्थ कोशिकाएँ potential को बहाल करने के लिए pumps चलाती हैं, लेकिन क्षतिग्रस्त कोशिकाएँ इसे बनाए नहीं रख पातीं और सिकुड़ने के बाद बाहर निकाल दी जाती हैं
  • कोशिकाओं के बीच दबाव potential change को प्रेरित करता है, और इससे कोशिकाओं के बीच ‘कमजोर कड़ी’ की पहचान होती है

bioelectricity की evolutionary universality

• Gürol Süel के शोध के अनुसार, bacterial colonies (biofilm) भी विद्युत संकेतों से सहयोग और resource distribution को नियंत्रित करती हैं
  • potential में बदलाव कोशिका की स्थिति को तुरंत दर्शाता है और तेज सूचना एकीकरण के साधन की तरह काम करता है
• bioelectricity को evolution भर में बार-बार उभरने वाले एक coordination mechanism के रूप में पहचाना गया है
  • nerve cells, epithelial cells, और पौधों की touch response सहित कई जीवों में इसका साझा उपयोग होता है
• Zhang, Levin, Barriga आदि के शोध दिखाते हैं कि विद्युत संकेत embryonic growth direction और shape formation में भी शामिल होते हैं

bioelectricity research की विस्तार संभावना

• cancer cells का membrane potential सामान्य कोशिकाओं से अलग होता है, और electrical regulation की विफलता tumor formation से जुड़ी हो सकती है
• bioelectricity ATP synthesis सहित सभी cellular energy systems की बुनियाद की तरह काम करती है
  • जीवन की उत्पत्ति से जुड़ी कुछ शुरुआती परिकल्पनाएँ deep-sea hydrothermal vents के विद्युत प्रवाह को जीवन की शुरुआत का आधार मानती हैं
• शोधकर्ताओं का कहना है कि bioelectricity का अभी आधा भी पूरी तरह समझा नहीं गया है, और आगे चलकर यह life sciences का एक बड़ा शोध क्षेत्र बनेगा

[GN⁺]

Hacker News की राय

• Michael Levin का इंटरव्यू वाकई बहुत दिलचस्प था। 1:19:11 से देखें तो, कई सालों से चल रहे उनके bioelectricity research का पुनरावलोकन और मेंढक के भ्रूण में आंखें बनाने जैसे चौंकाने वाले उदाहरण देखने को मिलते हैं
  इंटरव्यू वीडियो देखें
  • Levin के पुनरावलोकन वाला हिस्सा खास तौर पर प्रभावशाली था। उनका शोध gene-centric view of development को हिला रहा है। ऐसे प्रयोग, जिनमें electrical patterns आनुवंशिक निर्देशों को नज़रअंदाज़ कर आंख के ऊतक के अलावा दूसरी जगह आंख का निर्माण करवाते हैं, यह दिखाते हैं कि morphogenetic information की एक और परत है, जिसे हम अभी बस समझना शुरू कर रहे हैं
  • वीडियो में उनकी लैब के शुरुआती दिनों की कहानी भी आती है। bioelectricity से आंख को ‘model’ करने की खोज सचमुच पागलपन की हद तक क्रांतिकारी थी। इस विषय पर बात करने के लिए लोगों की तलाश में मैंने एक Discord server बनाया है
    शामिल होने का लिंक
  • वैसे, शुरुआत वाला biology का हिस्सा भी ज़रूर सुनना चाहिए। उसके बिना बाद की बातों का मतलब ठीक से समझ नहीं आएगा
• Michael Levin के शोध को पढ़ने के बाद से मुझे यक़ीन हो गया है कि neurons के बाहर भी bioelectric activity बहुत महत्वपूर्ण है। यह उदाहरण सरल है, लेकिन दिलचस्प है। कोशिकाएं एक-दूसरे को धकेलते हुए सबसे कमज़ोर कोशिका को ढूंढती हैं, यह कुछ-कुछ समुदाय के भीतर सहयोग और बहिष्कार की व्यवस्था जैसा लगता है
• 2023 के एक शोध में बाहरी करंट का इस्तेमाल करके घाव भरने की रफ़्तार बढ़ाई गई थी। खासकर diabetic wounds जैसे मामलों में, जो आसानी से नहीं भरते, इसका असर दिखा
  शोध लिंक
• मुझे लगता है कि Quanta Magazine के लेख में बात कुछ ज़्यादा बढ़ा-चढ़ाकर कही गई है। असल शोध यह है कि जब कोशिकाएं घनी हो जाती हैं, तो membrane potential बदलता है, और ऊर्जा की कमी वाली कोशिकाएं सिकुड़कर पड़ोसी कोशिकाओं को संकेत भेजती हैं और खुद को बाहर निकलवा देती हैं। यानी यह कोशिकाओं के बीच का ‘collective decision-making’ नहीं, बल्कि व्यक्तिगत कोशिका स्तर की भौतिक-रासायनिक प्रतिक्रिया है
  • तो फिर अगर कोई रसायन flagellum की दिशा बदल देता है, क्या उसे ‘decision’ कहा जा सकता है? आखिरकार यह ‘decision’ की परिभाषा का सवाल है। इसी तरह के coordination mechanisms cell division (mitosis) में भी दिखते हैं
  • सही व्याख्या है
• Robert O. Becker की 『The Body Electric』(1985) में भी ऐसे विषयों पर बात की गई थी। अच्छा लगा कि हालिया शोध उसी धारा को आगे बढ़ाता दिख रहा है
• कोशिका स्तर पर भी बिजली केंद्रीय भूमिका निभाती है। ज़्यादातर biomolecules conductors और insulators की सीमा पर होते हैं, और binding या pH changes के हिसाब से उनकी अवस्था बदलती रहती है। कोशिका-समूहों की electrical interaction उससे एक स्तर ऊपर की abstraction है
  संबंधित लेख
• क्या ऐसा हो सकता है कि यह शोध non-ionizing radiation के प्रति संवेदनशीलता महसूस करने वाले लोगों की स्थिति से जुड़ा हो?
  • मेरा एक परिचित लंबे समय तक सोचता रहा कि समस्या electromagnetic waves हैं, लेकिन बाद में पता चला कि उसे hemochromatosis नाम की एक आनुवंशिक बीमारी है। नियमित रक्तदान से समस्या हल हो गई
  • मैं वास्तव में electromagnetic fields के प्रति संवेदनशील हूं। electromagnetic radiation से मुझे अनिद्रा, बुरे सपने, और mood disorder के लक्षणों में बढ़ोतरी होती है। voltage-gated ion channels का mood disorders से संबंध है, और यह EMF पर प्रतिक्रिया का एक संभावित रास्ता हो सकता है
    संबंधित शोधपत्र
  • आखिरकार यह ऊर्जा का प्रक्षेपण ही है, इसलिए स्वाभाविक है कि इसका chemical balance पर असर पड़ सकता है। यह तापमान बढ़ने जैसा एक साधारण प्रभाव भी हो सकता है
• यह बात चौंकाने वाली थी कि कोशिकाएं membrane potential बनाए रखने में अपनी ऊर्जा का 25% खर्च करती हैं
• आम पाठक के नज़रिए से देखें तो neurons के अलावा भी long-range effects दिखाई देना दिलचस्प है। Quanta का हालिया astrocyte पर लेख भी कुछ इसी संदर्भ में है
  लेख लिंक
• बहुत पहले से पता है कि कुछ reflex actions बिना किसी conscious decision के हो जाते हैं। जैसे किसी गर्म चीज़ को छूते ही हाथ खींच लेना। इन प्रतिक्रियाओं में भी electrical signals काम करते हैं, तो फिर इस शोध में नया क्या है, यह जानने की जिज्ञासा है
  • यह मांसपेशियों को चलाने वाली electrical stimulation की बात नहीं है, बल्कि कोशिका के स्वास्थ्य की स्थिति को signal के रूप में भेजने वाले उस mechanism की बात है, जिसके ज़रिए बूढ़ी या बीमार कोशिकाओं को ऊतक से बाहर निकाला जाता है
  • उसे Withdrawal reflex कहते हैं। ‘decision’ spinal cord स्तर पर लिया जाता है। दिमाग़ को एक विशाल spinal cord का विस्तार भी माना जा सकता है। Ganglion भी देखने लायक है