Science chapter 3: Diffusion, Osmosis and Transpiration

এক নজরে

উদ্ভিদ ও প্রাণী উভয়ের জীবনধারণের জন্য গ্যাসীয় পদার্থের বিনিময়, তরল পদার্থের গ্রহণ ও সংবহন এবং অতিরিক্ত তরল নির্গমন অত্যন্ত মৌলিক শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়া। স্থলজ উদ্ভিদ মাটির সূক্ষ্ম কণার ফাঁকে থাকা কৈশিক পানি ও খনিজ লবণ মূলরোমের সাহায্যে শোষণ করে এবং কাণ্ডের অভ্যন্তরীণ ভাস্কুলার বান্ডল দিয়ে সেই রস পাতায় পাঠায়। পাতায় সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ায় খাদ্য তৈরি হয়, যা ফ্লোয়েমের মাধ্যমে সারা দেহে ছড়িয়ে পড়ে। একই সঙ্গে উদ্ভিদ দেহে শোষিত বিপুল পানির মাত্র ১-২ ভাগ বিভিন্ন বিপাকীয় কাজে ব্যবহৃত হয় এবং উদ্বৃত্ত পানি পাতার পত্ররন্ধ্র দিয়ে বাষ্পাকারে বায়ুমণ্ডলে নির্গত হয়। এই সামগ্রিক জীবনপ্রবাহ নিয়ন্ত্রিত হয় পাঁচটি অবিচ্ছেদ্য ভৌত ও শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়ার মাধ্যমে — ব্যাপন, অভিস্রবণ, শোষণ, পরিবহণ ও প্রস্বেদন (পৃষ্ঠা ২৪)।

এই অধ্যায়ে ধারাবাহিকভাবে ও পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে আলোচনা করা হয়েছে —

1. ব্যাপন (Diffusion) ও ব্যাপন চাপ — অণুর গতিশক্তি, ঘনত্বের নতিমাত্রা, সাম্যাবস্থা, সেন্টের সুবাস ও পানিতে তুঁতের ব্যাপন পরীক্ষা এবং জীবদেহে ব্যাপনের অপরিহার্য ভূমিকা।
2. পর্দার প্রকারভেদ ও অভিস্রবণ (Osmosis) — অভেদ্য, ভেদ্য ও অর্ধভেদ্য পর্দা; কিশমিশের অন্তঃঅভিস্রবণ; থিসল ফানেল ও মাছের পটকা দিয়ে অভিস্রবণ প্রদর্শন।
3. অভিস্রবণের শারীরবৃত্তীয় গুরুত্ব — প্লাজমা পর্দার কাজ, কোষরস ও কোষান্তর অভিস্রবণ, রসস্ফীতি (টার্জিডিটি), কাণ্ড ও পাতার দৃঢ়তা এবং প্রাণীর অন্ত্রে খাদ্য শোষণ।
4. উদ্ভিদের পানি ও খনিজ লবণ শোষণ — ইমবাইবিশন প্রক্রিয়া ও হাইড্রোফিলিক কলয়েড; কৈশিক পানি শোষণ; সক্রিয় শোষণ ও নিষ্ক্রিয় শোষণের তুলনামূলক বৈজ্ঞানিক বিশ্লেষণ।
5. প্রস্বেদন (Transpiration) ও এর প্রকারভেদ — পত্ররন্ধ্রীয়, ত্বকীয়/কিউটিকুলার ও লেন্টিকুলার প্রস্বেদন; পলিথিন মোড়ক দিয়ে প্রস্বেদন প্রমাণ।
6. প্রস্বেদনের গুরুত্ব ("Necessary Evil") — কেন এটি আপাত ক্ষতিকর কিন্তু উদ্ভিদের অস্তিত্ব রক্ষায় অপরিহার্য; প্রস্বেদন টান (Transpiration Pull) ও জলচক্রে পরিবেশীয় অবদান।
7. পানি ও খনিজ লবণের পরিবহণ (Translocation) — জাইলেমের মাধ্যমে ঊর্ধ্বমুখী রসের পরিবহণ এবং ফ্লোয়েমের মাধ্যমে খাদ্যের উভমুখী পরিবহণ; পেপারোমিয়া বা দোপাটি উদ্ভিদের লাল রং শোষণ পরীক্ষা।

শিখনফল

(পৃষ্ঠা ২৪ — "এ অধ্যায় শেষে আমরা—")

• ব্যাপন প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করতে পারব;
• অভিস্রবণ প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করতে পারব;
• প্রস্বেদন প্রক্রিয়ায় উদ্ভিদের পানি পরিত্যাগ ব্যাখ্যা করতে পারব;
• উদ্ভিদের পানি শোষণ ব্যাখ্যা করতে পারব।

মূল আলোচনা

ভূমিকা (পৃষ্ঠা ২৪)

উদ্ভিদ মূলের সাহায্যে মাটি থেকে পানি ও পানিতে দ্রবীভূত খনিজ লবণ শোষণ করে এবং সেই পানি ও রস কাণ্ডের ভিতর দিয়ে পাতায় পৌঁছায়। আবার উদ্ভিদ দেহে শোষিত পানি উদ্ভিদ বাষ্প আকারে দেহ থেকে বের করে দেয়। উদ্ভিদের কার্বন ডাইঅক্সাইড গ্রহণ এবং অক্সিজেন গ্যাস ত্যাগ, দেহে পানি ও পানিতে দ্রবীভূত খনিজ লবণ শোষণ, ঐ পানি ও দ্রবণ দেহের নানা অঙ্গে পরিবহণ ও দেহ থেকে পানি বাষ্প আকারে বের করে দেয়া মূলত পাঁচটি পরস্পর সম্পর্কিত প্রক্রিয়ার মাধ্যমে ঘটে: ব্যাপন, অভিস্রবণ, শোষণ, পরিবহণ ও প্রস্বেদন।

[মূলরোম: কৈশিক পানি শোষণ (ইমবাইবিশন + অন্তঃঅভিস্রবণ)]                     ↓[মূলের বহিঃস্তর → কর্টেক্স → অন্তঃত্বক → পরিচক্র] (কোষান্তর অভিস্রবণ)                     ↓[জাইলেম বাহিকা: রসের ঊর্ধ্বমুখী পরিবহণ] (প্রস্বেদন টানের প্রভাবে)                     ↓[পাতা: সালোকসংশ্লেষণ ও খাদ্য উৎপাদন]       ↙                                    ↘[ফ্লোয়েম টিস্যু: খাদ্যের উভমুখী পরিবহণ]    [পত্ররন্ধ্র: প্রস্বেদন দ্বারা বাষ্পাকারে ব্যাপন]

পাঠ ১ ও ২ : ব্যাপন (Diffusion) (পৃষ্ঠা ২৪–২৫)

পদার্থের গাঠনিক বৈশিষ্ট্য অনুসারে প্রতিটি পদার্থই অসংখ্য অতি ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র অণু দিয়ে গঠিত। এই অণুগুলো কখনো স্থির থাকে না; এরা সর্বদা নিজস্ব গতিশক্তি নিয়ে গতিশীল বা চলমান অবস্থায় থাকে। কঠিন পদার্থের অণুগুলোর মধ্যে আন্তঃআণবিক আকর্ষণ বল প্রবল হওয়ায় তাদের চলন সীমিত। কিন্তু তরল ও গ্যাসীয় পদার্থের অণুগুলোর আন্তঃআণবিক আকর্ষণ কম এবং গতিশক্তি বেশি হওয়ায় এদের চলন অত্যন্ত দ্রুত ও স্বতঃস্ফূর্ত হয়।

তরল ও গ্যাসের ক্ষেত্রে অণুগুলো সর্বদা তাদের বেশি ঘনত্বের স্থান থেকে স্বতঃস্ফূর্তভাবে কম ঘনত্বের স্থানের দিকে ছড়িয়ে পড়তে থাকে। এই চলন প্রক্রিয়া অবিরাম চলতে থাকে যতক্ষণ না দুটি স্থানের অণুগুলোর ঘনত্ব সম্পূর্ণ সমান বা সুষম হয়।

সংজ্ঞা — ব্যাপন (Diffusion): যে ভৌত প্রক্রিয়ায় কোনো পদার্থের (কঠিন, তরল বা গ্যাসীয়) অণুগুলো তাদের নিজস্ব গতিশক্তির প্রভাবে অধিক ঘনত্বের স্থান থেকে কম ঘনত্বের স্থানের দিকে স্বতঃস্ফূর্ত ও সমভাবে ছড়িয়ে পড়ে এবং উভয় স্থানের ঘনত্ব সমান না হওয়া পর্যন্ত এ চলন অব্যাহত থাকে, তাকে ব্যাপন বলে।

ব্যাপন চাপ (Diffusion Pressure)

ব্যাপনকারী পদার্থের গতিশীল অণু-পরমাণুগুলো প্রতিনিয়ত একে অপরের সাথে এবং পাত্রের প্রাচীরের সাথে ধাক্কা খায়। এই গতিশক্তির প্রভাবে একক ক্ষেত্রফলের উপর এক প্রকার চাপ সৃষ্টি হয়। এই চাপকে ব্যাপন চাপ বলে।

সংজ্ঞা — ব্যাপন চাপ: ব্যাপনকারী পদার্থের অণু-পরমাণুগুলোর গতিশক্তির প্রভাবে যে বহির্মুখী চাপ সৃষ্টি হয়, যার প্রভাবে অধিক ঘনত্বযুক্ত স্থান থেকে কম ঘনত্বযুক্ত স্থানে অণুগুলো স্বতঃস্ফূর্তভাবে ছড়িয়ে পড়ে, তাকে ব্যাপন চাপ বলে।

• সাম্যাবস্থা ও ব্যাপনের সমাপ্তি: বিশুদ্ধ দ্রাবকের বা অধিক ঘনত্বের দ্রবণের ব্যাপন চাপ বেশি থাকে এবং কম ঘনত্বের দ্রবণের ব্যাপন চাপ কম থাকে। ব্যাপন চাপ ঘাটতির (Diffusion Pressure Deficit) কারণেই অণুগুলো বেশি ঘনত্ব থেকে কম ঘনত্বের দিকে প্রবাহিত হয়। যখন কোনো আবদ্ধ স্থানে পদার্থের অণুগুলোর ঘনত্ব সর্বত্র সমান হয়ে যায়, তখন ব্যাপন চাপের পার্থক্য শূন্য হয়ে যায়। ফলে পদার্থের নিট ব্যাপন বন্ধ হয়ে যায়।

দৈনন্দিন জীবনে ব্যাপনের প্রমাণ

আমাদের চারপাশে ব্যাপনের বহু সাধারণ কিন্তু চমকপ্রদ দৃষ্টান্ত দেখা যায়:

1. সেন্ট বা আতরের সুবাস: ঘরের কোনো এক কোণে সেন্ট বা বডি স্প্রে স্প্রে করলে কিংবা আতরের বোতলের মুখ খুললে মুহূর্তের মধ্যে পুরো ঘরে সুবাস ছড়িয়ে পড়ে। স্প্রে বোতলে সেন্টের অণুগুলো অত্যন্ত ঘন অবস্থায় থাকে। বাতাসে স্প্রে করামাত্র অণুগুলো তাদের নিজস্ব গতিশক্তিতে ঘরের কম ঘনত্বের বায়ুমণ্ডলে দ্রুত ছড়িয়ে পড়ে।
2. ধূপের ধোঁয়া: ঘরে ধূপ জ্বালালে ধূপের ধোঁয়ার সুবাসযুক্ত গ্যাসীয় অণুগুলো বেশি ঘনত্বের উৎস থেকে ঘরের সর্বত্র কম ঘনত্বের বায়ুতে ব্যাপিত হয়ে সুবাস সৃষ্টি করে।
3. পুকুরে বা গ্লাসে তরল নীল বা কালির বিস্তার: এক ফোঁটা নীল পানিতে ফেললে কোনো নাড়াচাড়া ছাড়াই পুরো পানি ধীরে ধীরে নীল বর্ণ ধারণ করে।

পরীক্ষণ ১ : পানিতে তুঁতের ব্যাপন প্রক্রিয়া পর্যবেক্ষণ (পৃষ্ঠা ২৫)

• মূলতত্ত্ব: তুঁতে বা ব্লু ভিট্রিওল বা কপার সালফেট কেলাস ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$) কঠিন কলয়েডধর্মী কেলাস হলেও পানিতে দ্রবণীয়। পানিতে দিলে তুঁতের কণাগুলো বিশ্লিষ্ট হয়ে কপার আয়ন ($Cu^{2+}$) ও সালফেট আয়ন ($SO_4^{2-}$)-এ পরিণত হয় এবং উচ্চ ঘনত্বের কেলাসপৃষ্ঠ থেকে নিম্ন ঘনত্বের পানির সর্বত্র ব্যাপিত হয়।
• প্রয়োজনীয় উপকরণ: একটি কাচের বিকার, বিশুদ্ধ পানি, কয়েকটি তুঁতের কেলাস।
• পদ্ধতি:
  1. একটি পরিষ্কার বিকারে তিন-চতুর্থাংশ পানি নেওয়া হলো।
  2. কয়েকটি তুঁতের কেলাস চামচ বা চিমটার সাহায্যে আস্তে করে বিকারের তলায় পানির নিচে ফেলে দেওয়া হলো।
  3. বিকারটিকে কোনো প্রকার নাড়াচাড়া না করে শান্ত অবস্থায় রেখে দেওয়া হলো এবং নিবিড়ভাবে পর্যবেক্ষণ করা হলো।
• পর্যবেক্ষণ:
  • শুরুর অবস্থা: তুঁতের কেলাসের চারপাশের পানির স্তরটি গাঢ় নীল বর্ণ ধারণ করতে শুরু করে, কিন্তু উপরের পানি বর্ণহীন থাকে।
  • মধ্যবর্তী অবস্থা: ধীরে ধীরে নীল রং নিচের স্তর থেকে উপরের দিকে হালকা নীল মেঘের মতো বিস্তার লাভ করতে থাকে।
  • চূড়ান্ত অবস্থা: কিছুক্ষণ পর দেখা যায় পুরো বিকারের পানি সমসত্ত্বভাবে উজ্জ্বল নীল বর্ণ ধারণ করেছে এবং তলায় কোনো অতিরিক্ত কেলাস দৃশ্যমান নেই।
• সিদ্ধান্ত: তুঁতের অণুগুলো তাদের নিজস্ব গতিশক্তির প্রভাবে অধিক ঘনত্বের তলদেশ থেকে কম ঘনত্বের পানির সর্বত্র স্বতঃস্ফূর্তভাবে ছড়িয়ে পড়েছে। এটি প্রমাণিত করে যে তরলে কঠিন পদার্থের ব্যাপন ঘটে।

[বিকার ১: তলায় তুঁতের কেলাস] ──> [বিকার ২: হালকা নীল পানি] ──> [বিকার ৩: সর্বত্র ঘন নীল পানি]     (ব্যাপনের সূচনা)               (ব্যাপন প্রক্রিয়াধীন)           (সাম্যাবস্থা অর্জিত)

ব্যাপনের হারকে প্রভাবিতকারী নিয়ামকসমূহ

ব্যাপনের শারীরবৃত্তীয় গুরুত্ব (পৃষ্ঠা ২৫)

জীবদেহের প্রতিটি সজীব কোষে সংঘটিত বিভিন্ন বিপাকীয় ও শারীরবৃত্তীয় কার্যক্রমে ব্যাপন প্রত্যক্ষ ভূমিকা পালন করে:

1. উদ্ভিদের সালোকসংশ্লেষণ: সালোকসংশ্লেষণের জন্য অপরিহার্য কাঁচামাল হলো বায়ুমণ্ডলের কার্বন ডাইঅক্সাইড ($CO_2$)। উদ্ভিদের পাতার মেসোফিল কোষে $CO_2$ এর ঘনত্ব বায়ুমণ্ডলের চেয়ে কম থাকে। ফলে ব্যাপন প্রক্রিয়ায় বায়ুমণ্ডল থেকে $CO_2$ পত্ররন্ধ্রের মধ্য দিয়ে কোষে প্রবেশ করে এবং প্রক্রিয়ায় উৎপন্ন অতিরিক্ত অক্সিজেন ($O_2$) কোষ থেকে ব্যাপন প্রক্রিয়ায় বায়ুমণ্ডলে নির্গত হয়।
2. জীবকোষে শ্বসন: উদ্ভিদ ও প্রাণী প্রতিটি জীবকোষে শ্বসনের সময় খাদ্যবস্তু (গ্লুকোজ) জারণের জন্য অক্সিজেনের প্রয়োজন হয়। রক্ত বা পরিবেশ থেকে অক্সিজেন ব্যাপন প্রক্রিয়ায় কোষে প্রবেশ করে এবং শ্বসনে উৎপন্ন বিষাক্ত উপজাত কার্বন ডাইঅক্সাইড কোষ থেকে ব্যাপন প্রক্রিয়ায় বাইরে বেরিয়ে আসে।
3. প্রস্বেদনে পানির বাষ্প নির্গমন: উদ্ভিদ দেহ থেকে শোষিত অতিরিক্ত পানি মেসোফিল কোষের আর্দ্র প্রাচীর থেকে আন্তঃকোষীয় ফাঁকে বাষ্পীভূত হয় এবং সেখান থেকে পত্ররন্ধ্র দিয়ে ব্যাপন প্রক্রিয়ায় বায়ুমণ্ডলে মুক্ত হয়।
4. প্রাণিদেহে গ্যাসীয় আদান-প্রদান: ফুসফুসের অ্যালভিওলাই (বায়ুথলি) ও কৈশিকনালির রক্তের মধ্যে অক্সিজেন ও কার্বন ডাইঅক্সাইডের বিনিময় সম্পূর্ণরূপে ব্যাপন চাপের পার্থক্যের ভিত্তিতে ঘটে।
5. লসিকায় পুষ্টি ও রেচন পদার্থের সংবহন: রক্তজালিকা থেকে গ্লুকোজ, অ্যামাইনো এসিড, অক্সিজেন প্রভৃতি পুষ্টি উপাদান ব্যাপন প্রক্রিয়ায় দেহকোষের মধ্যবর্তী লসিকায় প্রবেশ করে এবং লসিকা থেকে তা দেহকোষে পরিবাহিত হয়। একইভাবে কোষের বর্জ্য পদার্থ ব্যাপন দ্বারা রক্তে ফিরে আসে।