Рады приветствовать всех на научно-популярном портале Lacertilia! Ещё со школьной скамьи нам становится известно, что клетки — элементарные структурные единицы всего живого. Они способны к передвижению, размножению, в них протекают метаболические процессы... Как и всё живое, клетки могут и расти.
В среднем диаметр клеток животных и растений составляет от 5 до 100 мкм, а длина обычно не превышает 1—2 мкм. Однако почему же большинство клеток, будучи живыми единицами, не может вырасти хотя бы до размеров бисерной бусины? Что в природе выставляет барьеры росту клеток?
Отвечая на этот вопрос, можно пойти по двум тропинкам и начать обосновывать как нижний предел, так и верхний. В первом случае всё более-менее понятно: нижняя граница, по всей видимости, определяется минимальным количеством необходимых клетке биомолекул разных видов.
Чтобы клетка могла полноценно существовать, ей необходимо иметь аппарат синтеза белка — по меньшей мере несколько рибосом, которые могли бы производить белок для построения клеточной стенки, цитоскелета, проведения метаболических реакций и прочих нужд. Самые маленькие клетки бактерий — микоплазмы — имеют диаметр 300 нм и объём около 10⁻¹⁴ мл. Это значит, что несколько вышеописанных белковых фабрик-рибосом размером ≈20 нм будут занимать значительную часть внутреннего объёма микоплазмы. Но что лимитирует рост «сверху»?
Верхний же предел определяется...
...скоростью диффузии кислорода. Дело в том, что большинство клеток получает энергию в реакциях, протекающих с потреблением молекулярного кислорода. Он проникает сквозь плазматическую мембрану из окружающего пространства путём диффузии.
Чем более крошечных клетка размеров, тем сильнее площадь её поверхности превосходит объём. У самых маленьких бактериальных одноклеточных организмов это отношение настолько велико, что проникающий внутрь кислород способен легко и быстро достигнуть любого участка цитоплазмы — так футбольный мяч можно перекладывать в разные углы тесного чулана, всего лишь вытянув вперёд руку.
Однако по мере увеличения размеров клетки, отношение площади поверхности к её объёму снижается, и кислород внутри клетки начинает расходоваться быстрее, чем туда успевает поступать новый. Здесь можно также привести аналогию с футбольным мячом, только уже не в маленькой кладовой, а на стадионе, переполненном фанатами. Мяч, случайно вылетевший с поля, мгновенно найдёт своего обладателя, но снабдить мячиками каждого зрителя на трибунах не получится — они просто не вылетают в ауты с такой скоростью. Так и клетка попросту становится неспособна дальше осуществлять свой обмен веществ и погибает.
Таким образом, начиная с определённого размера клеток, метаболизм с использованием кислорода становится невозможным, что и определяет теоретический верхний предел размера клетки.
Всех благодарим за внимание! У сообщества имеется также своя группа в Вк, куда публикуется много увлекательных записей: https://vk.com/lacertillia . Подпишись! :)
#биология #образование #наука #научныефакты #научпоп #клетки #наукаиобразование #наукаижизнь #научныеисследования