4.2: Zellgrößen

Die Größe der Zellen variiert stark zwischen und innerhalb von Organismen. Die kleinsten Bakterien messen beispielsweise nur 0,1 Mikrometer (µm) im Durchmesser. Sie sind somit etwa tausendmal kleiner als viele eukaryotische Zellen. Die meisten anderen Bakterien sind jedoch größer als diese Winzlinge. Sie messen gewöhnlich zwischen 1-10 µm, sind in der Regel aber immer noch kleiner als eukaryotische Zellen. Diese sind meistens zwischen 10-100 µm groß.

Die Oberfläche

Größer bedeutet nicht zwangsläufig immer besser, wenn es um Zellen geht. So müssen Zellen beispielsweise durch Diffusion Nährstoffe und Wasser aufnehmen. Die Plasmamembran, welche die Zellen umgibt, begrenzt die Geschwindigkeit, mit der diese Materialien ausgetauscht werden können. Kleinere Zellen neigen dazu, ein höheres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu haben als größere Zellen. Das liegt daran, dass Volumenänderungen nicht linear zur Veränderung der Oberfläche verlaufen. Wenn eine Kugel an Größe zunimmt, wächst das Volumen proportional zur dritten Potenz ihres Radius (r³), während ihre Oberfläche nur proportional zum Quadrat ihres Radius wächst (r²). Daher haben kleinere Zellen im Vergleich zu ihrem Volumen relativ gesehen mehr Oberfläche als größere Zellen gleicher Form. Eine größere Oberfläche bedeutet gleichzeitig eine größere Fläche der Plasmamembran. An dieser können Materialien in die Zelle hinein und aus der Zelle heraus gelangen. Substanzen müssen auch innerhalb der Zellen wandern. Daher verlangsamt sich die Diffusionsrate in großen Zellen gewöhnlich.

Adaptionen

Prokaryoten sind oft klein und teilen sich, bevor sie an die Grenzen ihrer Zellgröße stoßen. Größere eukaryotische Zellen haben Organellen, die den intrazellulären Transport erleichtern. Auch strukturelle Veränderungen helfen, Begrenzungen zu überwinden. Einige Zellen, die große Mengen an Substanzen mit der Umgebung austauschen müssen, haben lange, dünne Extrusionen entwickelt. Sie maximieren das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Ein Beispiel für solche Strukturen sind die Wurzelhaare der Pflanzenzellen, welche die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen erleichtern. Daher sind Zellgröße und das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen also entscheidende Faktoren in der Evolution von zellulären Eigenschaften.