4.2: Dimensione cellulare

La dimensione delle cellule varia ampiamente tra e all'interno degli organismi. Ad esempio, i batteri più piccoli hanno un diametro di 0,1 micrometri, circa mille volte più piccolo di molte cellule eucariotiche. La maggior parte degli altri batteri sono più grandi di questi, tra 1-10 micrometri, ma tendono ancora ad essere più piccoli della maggior parte delle cellule eucariotiche, che in genere vanno da 10-100 micrometri.

Superficie

Più grande non è necessariamente migliore quando si tratta di cellule. Ad esempio, le cellule devono assorbire sostanze nutritive e acqua attraverso la diffusione. La membrana plasmatica che circonda le cellule limita la velocità con cui questi materiali vengono scambiati. Le cellule più piccole tendono ad avere un rapporto superficie/volume più alto rispetto alle cellule più grandi. Questo perché le variazioni di volume non sono lineari alle variazioni della superficie. Quando una sfera aumenta di dimensioni, il volume aumenta in modo proporzionale al cubo del raggio (r³), mentre la sua superficie aumenta in modo proporzionale solo al quadrato del raggio (r²). Pertanto, le cellule più piccole hanno relativamente più superficie rispetto al loro volume rispetto alle cellule più grandi della stessa forma. Una superficie più ampia significa più area della membrana plasmatica in cui i materiali possono passare all'interno e all'esterno della cellula. Le sostanze devono anche viaggiare all'interno delle cellule. Quindi il tasso di diffusione può limitare i processi nelle cellule di grandi dimensioni.

Adattamenti

I procarioti sono spesso piccoli e si dividono prima che affrontino limitazioni a causa delle dimensioni delle cellule. Le cellule eucariotiche più grandi hanno organelli che facilitano il trasporto intracellulare. Inoltre, i cambiamenti strutturali aiutano a superare i limiti. Alcune cellule che hanno bisogno di scambiare grandi quantità di sostanze con l'ambiente hanno sviluppato lunghe, sottili estrusioni che massimizzano il rapporto superficie-volume. Un esempio di tali strutture sono i peli radiali delle cellule vegetali che facilitano l'assunzione di acqua e sostanze nutritive. Pertanto, la dimensione della cellula e il rapporto superficie-volume sono fattori cruciali nell'evoluzione delle caratteristiche cellulari.

- [Istruttore] Le cellule sono i mattoncini di costruzione

di tutti gli organismi,

e la loro dimensione dipende dal tipo.

Per esempio, una cella batterica

ha un diametro significativamente più piccolo,

di alcuni micrometri, di una cellula vegetale,

che varia fra i 10 ai 100 micrometri.

La dimensione piccola di batteri,

e di procarioti in generale,

permette ai nutrienti e ai gas che entrano

di spargersi facilmente da una parte all'altra.

Allo stesso modo, le scorie prodotte all'interno

possono uscire velocemente.

Tuttavia, le cellule vegetali più grandi,

e più in generale, altri eucarioti,

hanno sviluppato adattamenti strutturali differenti

per migliorare le loro funzioni vitali,

come il trasporto intracellulare.

Tali modifiche evidenziano la relazione importante

fra volume e area di superficie.

Il parametro tridimensionale, la capacità cubica,

cresce molto più rapidamente

della sua controparte bidimensionale, la superficie.

Molti tipi di cellule hanno bisogno di massimizzare l'area

e di ridurre il volume

per scambiare gas e accumulare risorse in maniera efficace.

Per questo motivo, le piante possono alterare la loro forma,

producendo lunghe e sottili foglie e radici capillari,

e i batteri restano minuscoli e si dividono.

Perciò, gli adattamenti strutturali

cambiano il rapporto superficie-volume e sono cruciali

l'interazione fra gli organismi e il loro ambiente.

Senza questo compenso per la dimensione, morirebbero.