В первом посте предлагаю подумать, а почему клетки такие маленькие?
Действительно, подавляющее число клеток весьма малы. Средний размер прокариотических клеток 0,5-10 мкм (напомню, что мкм - это одна милионная доля метра), а эукариотических 10-100 мкм. Конечно, как это всегда и бывает в биологии, есть и исключения. Довольно крупный размер у яйцеклеток позвоночных животных, а также у длинных нервных клеток. Да что там, существует такая тропическая одноклеточная водоросль как валония пузатая. Её размер может достигать до 5 см!
Но исключения подтверждают правило: подавляющее большинство клеток настолько малы, что их невозможно разглядеть без микроскопа. Так почему же они такие маленькие? Чтобы ответить на этот вопрос нам понадобится немного логики и, как ни странно, геометрии.
Во-первых, одна из причин малого размера клеток заключается в том, что объем цитоплазмы клетки должен быть достаточно малым по отношению к объему ядра клетки, чтобы ядро могло контролировать клетку. Что значит контролировать? Ядро содержит молекулы ДНК, содержащие закодированную последовательность аминокислот для синтеза белка. Синтез же белка происходит вблизи ядра на шероховатой эндопламатической сети. Затем эти белки должны модифицироваться и транспортироваться дальше во все части клетки. И если бы объем клетки был бы достаточно большим, то время транспортировки было бы также значительным, что привело бы к запаздыванию внутриклеточных реакций и разносу жизнедеятельности клетки к чёртовой матери. То же самое касается и каскада химических реакций от сигналов с клеточной мембраны до ядра. Это как наша страна до изобретения телеграфа. Например, когда умерла императрица Екатерина 2, то гонцы с этой новостью прибыли на Камчатку только спустя 3 месяца.
А что прокариоты, у них же нет ядра? - спросит внимательный читатель. А у них всё то же самое. Да, ядра у них нет. Но есть ДНК, которая концентрируется в месте, называемое нуклеоидом. И все сказанное про эукариот характерно и для них.
А еще внимательный читатель может вспомнить про валонию пузатую. Как же она выживает при её-то размерах? А дело в том, что эта водоросль содержит множество ядер (побольше, чем в твоем процессоре). И это часто бывает с гипертрофированно разросшимися клетками. Проверьте её содержимое, возможно перед вами просто многоядерная клетка.
Вторая причина маленькости клеток: при увеличении радиуса клетки, её объём увеличивается намного быстрее, чем площадь поверхности. Вот тут нам и пригодится геометрия. Есть формула площади поверхности сферы = 4πr^2. Если у нас сфера радиусом 1 см, то площадь её поверхности будет = 4*3,14*1^2 = 12,6 см^2. Если мы удвоим радиус до 2 см, то площадь поверхности станет по той же формуле 50,2 см^2. То есть увеличится почти в 4 раза.
А что станет с объемом? Для этого нам нужна формула объема сферы = 4/3πr^3. При радиусе 1 см, объем будет 4,2 см^3, а при 2 см уже 33,5 см^3. То есть рост в 8 раз! Или в 2 раза больше, чем площадь поверхности. И с каждым увеличением радиуса это отставание будет также увеличиваться. Что будет, если радиус клетки увеличить в 10 раз? Площадь её поверхности увеличится в 100 раз, а объем клетки уже в 4186 раз!
Ну и что нам дают эти геометрические упражнения как биологам, спросите вы? Дело в том, что чем больше объём клетки, тем больший обмен веществ с окружающей средой должен быть у этой клетки. Действительно, большой клетке нужно много питательных веществ, да и отходов она много производит. А через что происходит этот обмен веществ? Через цитоплазматическую мембрану, или по-другому поверхность сферы. Вот и получается, что при росте объема клетки, площадь её поверхности не успевает расти за ней строго из-за математических законов. И такая клетка просто не сможет нормально функционировать. Что и требовалось доказать))
Больше интересного в моём тг-канале: https://t.me/biogordeev
Подписывайтесь!