जीवसृष्टीतील बरेच सजीव पृथ्वीच्या चुंबकीय शक्तीला संवेदनशील असतात. त्यांतील काही फक्त उत्तर किंवा दक्षिण ध्रुवावरील चुंबक क्षेत्रास, तर काही उत्तर व दक्षिण ध्रुवाबरोबर विषुववृत्ताला चुंबक संवेदना दर्शवतात. हे संवेदन या सजीवांना दिशा शोधण्यास उपयोगी पडते. ह्यासाठी वेगवेगळ्या चुंबक ग्राहींचा (Magneto receptor) उपयोग होतो.
सॅल्व्हाटोर बेलीनी (Salvatore Bellini) यांना १९६३ मध्ये सूक्ष्मदर्शकाखाली चिखलाचे परीक्षण करताना उत्तर ध्रुवाकडे आकर्षित होणारे जीवाणू (Magnetotaxis) आढळले. त्यांना चुंबक संवेदी जीवाणू (Magneto receptors) असे नाव दिले गेले. त्यानंतर १९७४-७५ मध्ये रिचर्ड ब्लॅकमोर (Richard Blackmore) यांना देखील चुंबक संवेदी जीवाणू आढळले; त्यांना चुंबक अनुचलनी जीवाणू (Magnetotactic bacteria) अशी संज्ञा देण्यात आली. मॅग्नेटोस्पिरीलम मॅग्नेक्टिकम (Magnetospirillum magneticum), मॅग्नेटोबॅक्टेरियम बव्हॅरिकम (Magnetobacterium bavaricum), मॅग्नेटोस्पिरीलम ग्रीफिसवाल्डेंस (Magnetospirillum gryphiswaldense), मॅग्नेटोकोकस प्रजाती (Magnetococcus sp.) इत्यादी चुंबकीय संवेदना असलेले प्रमुख जीवाणू आहेत. सामान्यतः चुंबक अनुचलनी जीवाणू अल्पवायूजीवी ( Microaerophiles; नेहमीपेक्षा कमी ऑक्सिजनची आवश्यकता असणारे) असतात. त्यांचे आकार गोल, दंडगोल, सर्पिल असे विविध प्रकारचे आढळलेले आहेत. सर्व चुंबक अनुचलनी जीवाणूंच्या पेशीपृष्ठावर कशाभिका (Flagella) असतात, त्यामुळे ते गतिशील असतात. काही चुंबकीय जीवाणू जीवाश्मांतही आढळले आहेत. उदा., मॅग्नेटोस्पिरीली (Magnetospirilli). चुंबक अनुचलनी जीवाणूंवर बरेच संशोधन केले गेले आहे. गुरूत्वाकर्षणाचा त्यांच्यावरील परिणाम अभ्यासण्यासाठी त्यांना अंतराळात पाठविण्यात आले होते. परंतु, त्यातून फारसे काही निष्पन्न झाले नाही.
चुंबक अनुचलनी जीवाणूतील रिक्तिकेत ५०—१०० नॅनोमीटर आकाराचे चुंबकाकडे आकर्षित होणाऱ्या धातूंचे स्फटिक असतात. त्यामुळे या जीवाणूचे चुंबकीय रेषानुसार अनुचलन होते. मृत पेशीमध्ये देखील हा परिणाम दिसून येतो. चुंबक अनुचलनी जीवाणूंचे वर्गीकरण त्यातील चुंबकाकडे आकर्षित होणाऱ्या स्फटिकाप्रमाणे केले आहे. स्फटिकांचे आकार चौकोनी, अष्टकोनी, दंडगोल असे आढळून आले आहेत. हे जीवाणू पाण्यातील लोहाच्या मॅग्नेटाइट (Fe3O4) किंवा ग्रेगाइट (Fe3S4) क्षारांचा उपयोग करून स्वत:च्या पेशी आवरणात नॅनो (सूक्ष्मातीत/अब्जांश) चुंबक कण तयार करतात. हे चुंबक कण अतिशय सूक्ष्म असूनही त्यांचे चुंबकीय क्षेत्र व त्यांचे शेष चुंबकत्व (Magnetic remanence) जास्तीत जास्त स्थिर असते.
जीवाणूपेशीत असलेल्या मॅग्नेटोसोम या कोशिकांगकाच्या साहाय्याने चुंबक कण तयार होतात. या कोशिकांगकात चुंबक कण तयार करण्यासाठी विकरे (Enzymes) असतात. ही कोशिकांगके मेद आवरणात गुंफलेली असतात. चुंबक अनुचलनी जीवाणू पेशीतील रिक्तिकेमध्ये (Vacuole) चुंबक कण स्फटिक हळूहळू मोठे होतात. त्यांची साखळी तयार होऊन नॅनोचुंबकीय कण स्वत:चे चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करतात. नॅनोचुंबकीय कणांमुळे चुंबक अनुचलनी जीवाणू चुंबकीय दिशा सूचीप्रमाणे (Magnetic Compass) उत्तर व दक्षिण ध्रुवाकडे आकर्षित होतात. उत्तर गोलार्धात चुंबकानुचलीत जीवाणू हे उत्तरेकडे, तर दक्षिण गोलार्धात ते दक्षिणेकडे वळतात. मॅग्नेटोसोम या कोशिकांगातील विकरांवर बरेच संशोधन झाले आहे व त्यांची जनुके देखील शोधून काढण्यात आली आहेत. चुंबकानुचलीत जीवाणूमध्ये त्यांच्या वजनाच्या १—३% एवढे लोह पेशीमध्ये असते.
चुंबकानुचलीत जीवाणू चिखलातून वेगळे करणे सोपे असते. चिखल पाण्यात टाकल्यावर एखादा लोहचुंबक वापरून त्यांना चिखलापासून सहजपणे वेगळे करता येते. चुंबक अनुचलनी जीवाणूंचा जैवतंत्रज्ञान व अब्जांश तंत्रज्ञातील विविध क्षेत्रांत मोठ्याप्रमाणात उपयोग होतो. त्यांच्यातील मॅग्नेटोसोमचा उपयोग चुंबकीय स्फटिकांची निर्मिती करण्यासाठी होतो. त्यांनी निर्माण केलेले नॅनोचुंबकीय स्फटिक अगदी एकसारखे नियमित आकाराचे असून त्यात एकच चुंबकीय क्षेत्र असते. अशाप्रकारच्या स्फटिकांची निर्मिती कृत्रिमपणे करताना त्यांचे आकार समसमान ठेवणे जवळजवळ अशक्यप्राय असते. या नॅनोचुंबकीय स्फटिकांचा उपयोग जमिनीतील खनिज पदार्थांचे जैवखनिजन (Biomineralization), जैवोपचार (Bioremediation), पेशींना एकमेकांपासून वेगळे करण्यासाठी, विकर अभियांत्रिकी शास्त्रात (Enzyme Engineering), चुंबकीय अनुस्पंदन प्रतिमा मिळवण्यासाठी (MRI; Magnetic Resonance Imaging), तुलनात्मक अभ्यासासाठी आणि प्रतिरक्षा शास्त्रात करता येतो. चुंबकानुचलीत जीवाणूंचा उपयोग कर्करोगाच्या पेशीकडे विविध औषधे वाहक म्हणून वापरण्याचा प्रयत्न सुरू आहे. त्यासाठी नॅनोचुंबकीय कणांचा विविध कर्करोगविरोधी रसायनांबरोबर संयोग करून व बाहेरून चुंबकीय क्षेत्र वापरून त्यांना कर्करोगग्रस्त कोशिकांकडे प्रवाहित करता येते. शिवाय संगणकस्मृती (मेमरी) निर्मितीत नॅनोचुंबकीय कणांचा उपयोग करण्याचा प्रयत्न सुरू आहे. या चुंबक अनुचलनी जीवाणूंकडे व त्यातील चुंबकीय कणांकडे वेगवेगळ्या क्षेत्रातील वैज्ञानिक आकर्षित झाले आहेत.
पहा : अब्जांश चुंबकीय कण.
संदर्भ :
- Tay et al., Advanced Functional Materials, 2017. https://phys.org/news/2018-09-magnetic-bacteria-unique-superpower.html
- Vargas G. etal. Applications of Magnetotactic Bacteria, Magnetosomes and Magnetosome Crystals in Biotechnology and Nanotechnology: Mini-Review, Molecules 2018, 23, 2438; doi:10.3390/molecules23102438 www.mdpi.com/journal/molecules
- https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetotactic_bacteria
समीक्षक : रंजन गर्गे
![Read more about the article एश्चेरिकिया कोलाय (ई. कोलाय) [Escherichia Coli (E. Coli)]](https://marathivishwakosh.org/wp-content/uploads/2020/12/अंतिम-ई-कोलाय-1-300x210.jpg?x61856)
