रेणवीय जीवविज्ञान

जीवविज्ञानाच्या ज्या शाखेत जैव घटनांचे स्पष्टीकरण कोशिकांतील (पेशींतील) रेणूंच्या अभ्यासाद्वारे केले जाते, त्यास स्थूलमानाने रेणवीय जीवविज्ञान असे संबोधण्यात येते. रेणवीय जीवविज्ञानाच्या विषय वस्तूचे जीवरसायनशास्त्र व आनुवंशिकी यांसारख्या जीवविज्ञानाच्या जुन्या व रूढ शाखांशी अभिन्नपणे विलीनीकरण झालेले असल्याचे दिसून येते. या शाखेत आनुवंशिकीच्या बृहत् रेणवीय पुनरावृत्तीच्या रेणवीय मूलाधारावर जास्त भर देण्यात येत असल्याने जीवरसायनशास्त्र व आनुवंशिकी यांच्या मिलाफातून वृद्धिंगत झालेला विषय, असे रेणवीय जीवविज्ञानाचे सर्वसाधारण वर्णन करता येईल. रेणूंच्या स्थितीवर व गुणधर्मांवर आधारित असा जैव आविष्कारांचा मूलभूत पातळीवरील अभ्यास रेणवीय जीवभौतिकी या रेणवीय जीवविज्ञानाशी संबंधित असलेल्या शाखेच्या साहाय्याने केला जातो. या शाखेत मुख्य भर रेणवीय विवरणावर वा वर्णनावर द्यावा लागत असल्याने तीत रसायनशास्त्राचाही समावेश करावा लागतो. भौतिकीतील क्ष-किरण विवर्तन [⟶ क्ष-किरण ], अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन [⟶ अनुस्पंदन] यांसारखी तंत्रे रेणवीय संरचना समजण्याकरिता रेणवीय जीवभौतिकीत वापरली जातात. अशा प्रकारे रेणवीय जीवभौतिकीत रसायनशास्त्र व भौतिकी या दोन्ही क्षेत्रांतील निवडक तंत्रांचा रेणवीय स्तरावर जैव आविष्कारांचा अभ्यास करण्यासाठी उपयोग केला जातो.
निरनिराळ्या जैव तंत्रांचे वर्णन सजीव कोशिकेतील विविध प्रकारच्या स्त्रोतांच्या (प्रवाहांच्या) रूपात करता येणे शक्य आहे. सजीव कोशिकेत आढळणाऱ्या निरनिराळ्या जैव तंत्रांत द्रव्यप्रवाह हा एक स्त्रोत असतो. या क्रियेत कोशिकेत द्रव्ये घेतली जातात व तीत या द्रव्यांवर निरनिराळ्या विक्रिया होतात. उदा., ग्लुकोजावर निरनिराळ्या विक्रिया होऊन त्याचे रूपांतर कार्बन डाय ऑक्साइड व पाणी यांत होते. 
या टप्प्याटप्प्याने होणाऱ्या रूपांतराचे विश्लेषण जीवरसायनशास्त्राच्या कक्षेत येते. मध्यस्थ चयापचय क्रियेत (सतत होणाऱ्या भौतिक व रासायनिक घडामोडींतील मधल्या टप्प्यांत) अनेक विविध कार्बनी व अकार्बनी जटिल रेणूंचे रूपांतरण होते. या प्रक्रिया मुख्यतः ⇨एंझाइमांच्या साहाय्याने होत असतात. एंझाइमे ही जटिल व बृहत् रेणवीय प्रथिने होत. यांची क्रिया उत्प्रेरकी (रासायनिक विक्रिया घडवून आणण्यास मदत करणारी) असते. सजीव कोशिकेत एखादी प्रक्रिया होणे वा न होणे हे विशिष्ट एंझाइमाच्या अस्तित्वावर अवलंबून असते.
सजीव कोशिकेतील दुसरा स्त्रोत म्हणजे ऊर्जा. कोशिकेतील द्रव्यांच्या रेणूंचे एंझाइमाच्या साहाय्याने होणाऱ्या रूपांतराबरोबरच रासायनिक ऊर्जा निर्माण होते. उदा., ग्लुकोजाच्या रेणूतील रासायनिक बंधात ऊर्जा असते. नियंत्रित प्रक्रियेमुळे या रेणूंचे रूपांतर कार्बन डाय ऑक्साइड व पाणी यांत होते. हे रूपांतर होत असताना ही ऊर्जा प्रक्रियेत निर्माण होणाऱ्या निरनिराळ्या रेणूंत बंधऊर्जा म्हणून सापडते. कोशिकेच्या चयापचयाकरता या रासायनिक ऊर्जेची आवश्यकता असते. बहुवारिकीकरणाने (दोन अगर अधिक साध्या रेणूंचा संयोग होण्याच्या क्रियेने) बृहत् रेणू निर्माण करण्यास ही ऊर्जा लागते तसेच तर्षण दाबाच्या [⟶ तर्षण] विरुद्ध रेणूंची हालचाल करण्यासही हीच ऊर्जा उपयोगी पडते. हा ऊर्जेचा अभ्यास जीवरसायनशास्त्रातील मध्यस्थ चयापचय क्रियेच्या कक्षेत येतो.
कोशिकेतील रेणूंची क्रियाशीलता आणखी एका स्त्रोतावर अवलंबून असते. हा स्त्रोत म्हणजे संकेतांचा प्रवाह होय. हे संकेत कोशिकेमध्ये कोणते रेणू तायर व्हावेत हे ठरवितात. कोशिकेतील सर्वसाधारण विक्रिया एंझाइमाच्या साहाय्याने होतात. एंझाइमांचे रासायनिक स्वरूप प्रथिन रेणूंचे असते. संकेतानुरूप हे प्रथिन रेणू तयार होतात. अप्रत्यक्ष रीत्या एंझाइमांद्वारे या संकेतांचे कोशिकेत होणाऱ्या निरनिराळ्या विक्रियांवर नियंत्रण असते. जैव यंत्रणेचे हे एक वैशिष्ट्य होय. सजीव कोशिकेत रेणूंद्वारे दिल्या जाणाऱ्या संकेतांचा स्त्रोत, या रेणूंचा कोशिकेच्या निरनिराळ्या भागांत आढळणारा प्रवाह, रेणूंचे विभाजन व पुनरावृत्ती या सर्व क्रियांचा अभ्यास रेणवीय जीवविज्ञानाच्या कक्षेत येतो. सजीवांच्या क्रियाशीलतेबद्दल व प्रजननाबद्दल १९५३ नंतरच्या काळात मानवाला जे ज्ञान प्राप्त झाले ते विज्ञानयुगास प्रारंभ झाल्यापासून १९५३ पर्यंत मिळालेल्या ज्ञानापेक्षा किती तरी पटींनी जास्त आहे. रेणवीय जीवविज्ञानाचा उगम याच काळात झाला.
विसाव्या शतकात विज्ञानाच्या इतर शाखांबरोबरच ⇨आनुवंशिकीचा अभ्यास जास्त प्रामुख्याने झाला. या अभ्यासास जीवरसायनशास्त्र, जीवभौतिकी, भौतिकी, रसायनशास्त्र वगैरे इतर शास्त्रांची मदत झाली. यातूनच रेणवीय जीवविज्ञान निर्माण झाले. या अभ्यासाचे दोन कालखंड पाडता येतील. पहिल्या कालखंडात म्हणजे अंदाजे १९५० पर्यंत, ग्रेगोर मेंडेल यांच्या १८६५ साली प्रसिद्ध झालेल्या पण १९०० सालापर्यंत दखल न घेतल्या गेलेल्या संशोधनाच्या आधारे, वनस्पतींवर व प्राण्यांवर प्रजनन प्रयोग करून, निरनिराळे कारक एका पिढीतून दुसऱ्या पिढीत कसे उतरतात हे पाहणे व त्यावर आधारित काही ठोकताळे मांडणे, या दिशेने संशोधन सुरू होते. याच अनुरोधाने टॉमस मार्गन यांनी ड्रॉसोफिला मेलॅनोगॅस्टर या फळमाशीवर प्रयोग केले व ज्याला मेंडेल यांनी कारक हे नाव दिले त्यालाच ⇨जीन (किंवा जनुक) हे नाव देऊन आपला जीन सिद्धांत पुढे मांडला. मेंडेल व मॉर्गन यांच्या सिद्धांतावर आधारलेल्या प्रयोगांवरून असे सिद्ध झाले की, जीन हे ⇨गुणसूत्रांत असतात. गुणसूत्रे लांब सुतासारखी असून ती सजीव कोशिकेच्या केंद्रकात (कोशिकेच्या कार्यावर नियंत्रण ठेवणाऱ्या गोलसर पुंजात) सामावलेली असतात. जीनांची रचना गुणसूत्रात एका रांगेत असते. निरनिराळे प्रजनन प्रयोग करून व इतर तांत्रिक पद्धतींनी गुणसूत्रांवरून जीनांचा क्रमही लावणे शक्य होते. इतकी माहिती मिळाली, तरी गुणसूत्रांपासून जीन बाजूला काढणे शास्त्रज्ञांना जमले नव्हते. तसेच जीनांचे रासायनिक स्वरूप व गुणधर्मही पूर्णपणे समजले नव्हते.
इ. स. १९५० मध्ये जेव्हा या दुसऱ्या कालखंडास सुरुवात झाली तेव्हा असे समजले जात होते की, नवीन जीव, मग तो मानवाइतका जटिल का असेना, निर्माण होण्यास जीनांच्या दोन संचांची आवश्यकता असते. हे दोन संच त्या जीवाला त्याच्या जनकांकडून मिळालेले असतात. यांतील एक संच आईकडून मिळतो व तो अफलित अंड्याच्या केंद्रकात असतो, तर दुसरा संच वडिलांकडून मिळतो व तो शुक्राणूच्या केंद्रकात असतो. शुक्राणू अत्यंत सूक्ष्म असतो. तो नुसत्या डोळ्यांनी दिसत नाही, तर तो पहावयास योग्य विवर्धनाचा सूक्ष्मदर्शक वापरावा लागतो. या शुक्राणूच्या केंद्रकात त्या जीवाच्या सर्व गुणसूत्रांचा एक संच खच्चून भरलेला असतो. या गुणसूत्रांत असलेल्या जीनांत पुढे त्यापासून होणाऱ्या मानवासारख्यासुद्धा जटिल जीवाची सर्व लक्षणे निर्माण करण्याचे संकेत व क्षमता असते. पृष्ठवंशी (पाठीचा कणा असलेल्या) प्राण्याच्या शुक्राणूच्या डोक्याचे अंदाजे आकारमान अवघे सु. २X४ मायक्रॉन (१ मायक्रॉन = १०−३ मिमी.) इतके असते. इतक्या सूक्ष्म रचनेत सर्व गुणसूत्रांचे भरण करावयाचे म्हणजे जीन व त्याबरोबरच त्याची गुणसूत्रे अत्यंत सूक्ष्म असली पाहिजेत. नवीन संशोधनाद्वारे हे जीन कोणत्या रासायनिक द्रव्याचे बनले आहेत, ते शोधून काढता आले व या रासायनिक द्रव्याचा सखोल अभ्यास करून जीनांचे आकारमान ठरविता आले. जीनांचा अभ्यास करून त्यांच्या रेणूत असलेल्या संकेतांचे ज्ञानही मिळविता आले व या आधारे जननिक संकेत लिपीची कल्पना प्रत्यक्षात मांडता आली.