পাঠ ৮ / ১৪অনুচ্ছেদ ২.২ (সংবহন, শ্বসন)

ঘাসফড়িং-এর মুক্ত সংবহন ও ট্রাকিয়া শ্বসনOpen circulation & tracheal breathing

একটি ঘাসফড়িং চুপচাপ বসে আছে, কিন্তু তার পেট তালে তালে ওঠানামা করছে। এটা কি শ্বাস নেওয়া, না রক্ত পাম্প করা? আগে অনুমান করো, তারপর ভেতরটা দেখো:

উত্তর: দুটোই চলছে, কিন্তু সম্পূর্ণ আলাদা দুই তন্ত্রে। মানুষের রক্ত O₂ বয়ে নেয়; ঘাসফড়িং-এর রক্ত প্রায় বয় না, বাতাস নিজেই নল বেয়ে কোষে পৌঁছায়। এই পাঠের ধাপগুলো:

1. মুক্ত (open) বনাম বদ্ধ (closed) সংবহন
2. হিমোসিল (haemocoel) — তিনটি সাইনাস (sinus) ও দুটি ডায়াফ্রাম (diaphragm)
3. হৃৎপিণ্ড (heart) — অস্টিয়া (ostia), অ্যালারি পেশি (alary muscles), অ্যাওর্টা (aorta)
4. হিমোলিম্ফ (haemolymph) — রক্ত, কিন্তু O₂-বাহক নয়
5. ট্রাকিয়াতন্ত্র (tracheal system) — শ্বাসরন্ধ্র (spiracle), ট্রাকিয়া, ট্রাকিওল (tracheole)
6. বায়ু চলাচল (ventilation) — পেট পাম্প, সামনে দিয়ে ঢোকে, পেছন দিয়ে বেরোয়
7. পতঙ্গ কেন ছোট — বিস্তারের দূরত্ব (diffusion distance)

ধাপ ১: মুক্ত না বদ্ধ সংবহন?

মানুষ, মাছ বা কেঁচোর রক্ত সবসময় নালির ভেতরে থাকে: হৃৎপিণ্ড → ধমনি → কৈশিকনালি → শিরা → আবার হৃৎপিণ্ড। একে বলে বদ্ধ সংবহন (closed circulation)। ঘাসফড়িং-সহ সব আর্থ্রোপোডে হৃৎপিণ্ড থেকে বেরোনো রক্ত একটু পরেই নালি ছেড়ে খোলা দেহগহ্বরে ছড়িয়ে পড়ে; অঙ্গগুলো সরাসরি সেই রক্তে ডুবে থাকে। একে বলে মুক্ত সংবহন (open circulation)। এই দেহগহ্বরের নাম হিমোসিল (haemocoel), আর তার তরলের নাম হিমোলিম্ফ (haemolymph) — রক্ত (blood) ও কলারস (lymph) একসাথে।

ধাপ ২: হিমোসিল — তিন কক্ষের দেহগহ্বর

ঘাসফড়িং-এর দেহগহ্বর দুটি পাতলা, ছিদ্রযুক্ত পর্দায় তিন ভাগ:

• ডর্সাল ডায়াফ্রাম (dorsal diaphragm) — পিঠের দিকে; এর উপরের কক্ষ পেরিকার্ডিয়াল সাইনাস (pericardial sinus), যেখানে হৃৎপিণ্ড থাকে।
• মাঝের সবচেয়ে বড় কক্ষ পেরিভিসেরাল সাইনাস (perivisceral sinus) — পৌষ্টিকনালি, জননাঙ্গ, ফ্যাট বডি এখানে।
• ভেন্ট্রাল ডায়াফ্রাম (ventral diaphragm) — পেটের দিকে; এর নিচে পেরিনিউরাল সাইনাস (perineural sinus), যেখানে অঙ্কীয় স্নায়ুরজ্জু।

প্রস্থচ্ছেদে প্রতিটি অংশে ট্যাপ করো, তারপর “হিমোলিম্ফ অনুসরণ করো” চেপে একটি পুরো চক্র ঘোরো:

ধাপ ৩: হৃৎপিণ্ড — পিঠের নিচে লম্বা নল

ঘাসফড়িং-এর হৃৎপিণ্ড পিঠ বরাবর লম্বা একটি নল (dorsal vessel)। উদরের অংশটি কয়েকটি প্রকোষ্ঠে (chambers) ভাগ; প্রতিটি প্রকোষ্ঠের দুই পাশে এক জোড়া ছিদ্র — অস্টিয়া (ostia)। অস্টিয়ায় একমুখী কপাট: হিমোলিম্ফ শুধু ভেতরে ঢুকতে পারে। হৃৎপিণ্ডের সামনের সরু অংশ অ্যাওর্টা (aorta) বক্ষ পেরিয়ে মাথায় গিয়ে খোলা মুখে শেষ হয়। হৃৎপিণ্ডকে ঝুলিয়ে রাখে পাখার মতো ছড়ানো অ্যালারি পেশি (alary muscles), জোড়ায় জোড়ায় (সংখ্যা প্রজাতিভেদে আলাদা)।

একটি স্পন্দনে দুটি দশা:

1. ডায়াস্টোল (diastole) — স্থিতিস্থাপক তন্তু ও অ্যালারি পেশির টানে হৃৎপিণ্ড চওড়া হয়, অস্টিয়া খোলে, পেরিকার্ডিয়াল সাইনাস থেকে হিমোলিম্ফ ঢোকে।
2. সিস্টোল (systole) — হৃৎপিণ্ডের নিজের পেশি পেছন থেকে সামনে ঢেউয়ের মতো সংকুচিত হয়, অস্টিয়া বন্ধ থাকে, হিমোলিম্ফ অ্যাওর্টা দিয়ে মাথায় যায়।

পথ: সাইনাস → অস্টিয়া → হৃৎপিণ্ড → অ্যাওর্টা → মাথা → হিমোসিল দিয়ে পেছনে → আবার সাইনাস। এবার নিজে হৃৎপিণ্ড চালাও, পাশের বদ্ধ তন্ত্রের সাথে মিলিয়ে দেখো:

ধাপ ৪: হিমোলিম্ফ — রক্ত, কিন্তু অক্সিজেন-বাহক নয়

হিমোলিম্ফ দুই ভাগে: তরল প্লাজমা (plasma) আর তাতে ভাসমান কোষ হিমোসাইট (haemocytes)। প্রধান তথ্য (Chapman 2013):

কাজ: খাদ্যরস, হরমোন ও বর্জ্য পরিবহন; হিমোসাইট দিয়ে জীবাণু গ্রাস (phagocytosis) ও ক্ষত বন্ধ (clotting); পানি জমা রাখা; চাপ দিয়ে খোলস বদলানো, ডানা মেলা ও ডিম ফোটায় সাহায্য।

O₂ কেন বয় না? পানিতে O₂ খুব কম গলে। 25 °C-এ এক লিটার বাতাসে প্রায় 8.6 mmol O₂, অথচ বাতাসে সম্পৃক্ত এক লিটার পানিতে মাত্র 0.26 mmol — প্রায় 3%। হিমোগ্লোবিনওয়ালা মানুষের রক্তে লিটারে প্রায় 8.9 mmol — হিমোলিম্ফের প্রায় 35 গুণ:

ধাপ ৫: ট্রাকিয়াতন্ত্র — বাতাসের পাইপলাইন

• শ্বাসরন্ধ্র (spiracle) — 10 জোড়া: বক্ষে 2 (মধ্য ও পশ্চাদ্‌বক্ষ), উদরে 8 (খণ্ড 1–8)। সব শ্বাসরন্ধ্র কার্যকর, তাই একে বলে হলোনিউস্টিক (holopneustic)। প্রতিটির মুখে শক্ত বলয় পেরিট্রিম (peritreme), ভেতরে ছোট প্রকোষ্ঠ অ্যাট্রিয়াম (atrium) ও ধুলো আটকানো ছাঁকনি লোম (filter hairs), আর পেশিচালিত কপাটিকা (valve) — বন্ধ রেখে পানি হারানো কমায়।
• ট্রাকিয়া (trachea) — কিউটিকলে মোড়া নল; ভেতরে প্যাঁচানো কাইটিনের সুতো টিনিডিয়া (taenidia) নলকে চুপসে যেতে দেয় না। ব্যাস মূল নলে কয়েকশো µm থেকে শাখায় কয়েক µm।
• বায়ুথলি (air sac) — টিনিডিয়াহীন পাতলা থলি; চুপসে-ফুলে পাম্পের কাজ করে, বাতাস জমায়, দেহ হালকা রাখে।
• ট্রাকিওল (tracheole) — ট্রাকিয়ার শেষ প্রান্তকোষ থেকে বেরোনো 1 µm-এর চেয়ে সরু নল, কোষের গা ঘেঁষে বা ভেতরে ঢোকে। আগায় তরল থাকে; পেশি খাটলে সেই তরল টেনে নেওয়া হয়, বাতাস কোষের আরও কাছে আসে।

ধাপ ৬: বায়ু চলাচল — সামনে দিয়ে ঢোকে, পেছন দিয়ে বেরোয়

শুধু বিস্তারে (diffusion) চলে না — ঘাসফড়িং সক্রিয়ভাবে বাতাস পাম্প করে। উদরের পৃষ্ঠ-অঙ্কীয় পেশি (dorsoventral muscles) সংকুচিত হলে পেট চ্যাপ্টা হয়, বায়ুথলি চেপে বাতাস বের হয় (expiration); পেশি শিথিল হলে স্থিতিস্থাপকতায় পেট ফোলে, বাতাস ঢোকে (inspiration)। তার সাথে কপাটিকার তাল মেলানো: বিশ্রামরত পঙ্গপালে বাতাস ঢোকে সামনের শ্বাসরন্ধ্র 1, 2 ও 4 দিয়ে, বেরোয় পেছনের 10 দিয়ে (Miller 1960)। ফলে বাতাস নলের ভেতর একমুখী (unidirectional) প্রবাহিত হয়। ওড়ার সময় ডানার পেশির নড়াচড়াও বক্ষের বায়ুথলি চেপে বাড়তি বাতাস টানে।

ধাপ ৭: পতঙ্গ কেন ছোট?

ট্রাকিওলের শেষ অংশে O₂ পৌঁছায় বিস্তারে। বিস্তারে দূরত্ব $x$ যেতে মোটামুটি সময় লাগে

যেখানে $D$ বিস্তার সহগ (diffusion coefficient): বাতাসে O₂-এর $D \approx 2.0\times10^{-5}\ \text{m}^2/\text{s}$, পানিতে মাত্র $2.1\times10^{-9}\ \text{m}^2/\text{s}$ — প্রায় দশ হাজার গুণ কম। 1 cm পুরু পতঙ্গে কেন্দ্র পর্যন্ত $x = 0.5\ \text{cm}$:

একই পথ টিস্যুর পানি দিয়ে গেলে প্রায় 1.7 ঘণ্টা — তাই বাতাসের নল কোষের দোরগোড়া পর্যন্ত যেতেই হয়। আর দেহ 100 গুণ পুরু (1 m) হলে বাতাসের নলেও সময় $100^2 = 10^4$ গুণ, প্রায় 1.7 ঘণ্টা। ট্রাকিয়া-নির্ভর শ্বসনের এই সীমাই (পা ও কঙ্কালের সীমার সাথে) পতঙ্গকে ছোট রাখার একটি বড় কারণ। (প্রাচীন কার্বোনিফেরাস যুগে বাতাসে O₂ বেশি ছিল, তখন ড্রাগনফ্লাই-জাতীয় পতঙ্গের ডানা প্রায় 70 cm চওড়া ছিল।)

এবার নিজে করে দেখো

কাজের মাত্রা (activity) স্লাইডার বিশ্রাম থেকে ওড়া পর্যন্ত সরাও — পেট পাম্প, হৃৎস্পন্দন আর উড্ডয়ন পেশির O₂ মিটার দেখো। রক্ত/বাতাস বোতামে আলাদা স্তর দেখো, হৃৎস্পন্দনের ঢেউয়ের দিক বেছে নাও, বক্ষের শ্বাসরন্ধ্র বন্ধ করে দেখো কী হয়, উদর জুম করে শ্বাসরন্ধ্র গোনো। নিচের দুটি কার্ডে রং আর আকারের প্রশ্নের উত্তর খোঁজো। পাম্প হার, হৃৎস্পন্দন ও O₂ মডেলের সংখ্যা উদাহরণমাত্র (illustrative) — ধরন সত্যি, মান মাপা নয়।

ঘরে বসে পরীক্ষা

পেট পাম্প গোনো। বাগানে বা ঘাসে একটি বসে থাকা ঘাসফড়িং (বা ঘরের তেলাপোকা) খুঁজে নাও। মোবাইলের স্টপওয়াচ চালিয়ে 30 সেকেন্ডে পেট কতবার ওঠানামা করে গোনো, দুই দিয়ে গুণ করে প্রতি মিনিটের হার বের করো। প্রাণীটি নিজে থেকে একটু লাফিয়ে বা দৌড়ে আবার বসলে সঙ্গে সঙ্গে আবার গোনো। খাতায় দুটি সংখ্যা লেখো — কাজের পরে হার বাড়ল কি? রোদ আর ছায়ায় (তাপমাত্রা) হার আলাদা কি না, সেটাও তুলনা করতে পারো।

পরীক্ষার প্রস্তুতি

১. (জ্ঞান) হিমোসিল ও হিমোলিম্ফ কাকে বলে?

২. (তুলনা) মুক্ত ও বদ্ধ সংবহনতন্ত্রের চারটি পার্থক্য লেখো।

৩. (বহুনির্বাচনি) ঘাসফড়িং-এর হৃৎপিণ্ডে হিমোলিম্ফ ঢোকে কোন পথে? (ক) অ্যাওর্টা (খ) অস্টিয়া (গ) শ্বাসরন্ধ্র (ঘ) ম্যালপিজিয়ান নালিকা

৪. (অনুধাবন) একটি শ্বাসরন্ধ্রের গঠন বর্ণনা করো। ট্রাকিয়া ও ট্রাকিওলের দুটি পার্থক্য লেখো।

৫. (প্রয়োগ, গাণিতিক) বাতাসে O₂-এর বিস্তার সহগ $2.0\times10^{-5}\ \text{m}^2/\text{s}$। $t = x^2/2D$ ধরে 2 mm ও 2 cm বিস্তারের সময় বের করো। কী সিদ্ধান্ত নেবে?

৬. (সৃজনশীল ঘ) “ঘাসফড়িং-এর জীবনধারণে ট্রাকিয়াতন্ত্র অপরিহার্য” — বিশ্লেষণ করো।