4.2: Cell Size
4.2: Celgrootte
The size of cells varies widely among and within organisms. For instance, the smallest bacteria are 0.1 micrometers (μm) in diameter—about a thousand times smaller than many eukaryotic cells. Most other bacteria are larger than these tiny ones—between 1-10 μm—but they still tend to be smaller than most eukaryotic cells, which typically range from 10-100 μm.
Surface Area
Larger is not necessarily better when it comes to cells. For instance, cells need to take in nutrients and water through diffusion. The plasma membrane surrounding cells limits the rate at which these materials are exchanged. Smaller cells tend to have a higher surface area to volume ratio than larger cells. That is because changes in volume are not linear to changes in surface area. When a sphere increases in size, the volume grows proportional to the cube of its radius (r3), while its surface area grows proportional to only the square of its radius (r2). Therefore, smaller cells have relatively more surface area compared to their volume than larger cells of the same shape. A larger surface area means more area of the plasma membrane where materials can pass into and out of the cell. Substances also need to travel within cells. Hence the rate of diffusion may limit processes in large cells.
Adaptations
Prokaryotes are often small and divide before they face limitations due to cell size. Larger eukaryotic cells have organelles that facilitate intracellular transport. Also, structural changes help overcome limitations. Some cells that need to exchange large amounts of substances with the environment developed long, thin extrusions that maximize the surface area to volume ratio. An example of such structures are the root hairs of plant cells that facilitate the intake of water and nutrients. Therefore, cell size and surface area to volume ratio are crucial factors in the evolution of cellular characteristics.
De grootte van cellen varieert sterk tussen en binnen organismen. De kleinste bacteriën hebben bijvoorbeeld een diameter van 0,1 micrometer (μm) - ongeveer duizend keer kleiner dan veel eukaryote cellen. De meeste andere bacteriën zijn groter dan deze minuscule bacteriën - tussen 1-10 μm - maar ze zijn nog steeds meestal kleiner dan de meeste eukaryote cellen, die doorgaans variëren van 10-100 μm.
Oppervlakte
Groter is niet per se beter als het om cellen gaat. Cellen moeten bijvoorbeeld door diffusie voedingsstoffen en water opnemen. Het plasmamembraan dat de cellen omgeeft, beperkt de snelheid waarmee deze materialen worden uitgewisseld. Kleinere cellen hebben de neiging om een grotere verhouding tussen oppervlak en volume te hebben dan grotere cellen. Dat komt doordat volumeveranderingen niet lineair zijn met veranderingen in oppervlakte. Wanneer een bol groter wordt, groeit het volume evenredig met de kubus van zijn straal (r 3 ), terwijl het oppervlak evenredig groeit met alleen het kwadraat van zijn straal (r 2
Aanpassingen
Prokaryoten zijn vaak klein en delen zich voordat ze beperkingen ondervinden vanwege de celgrootte. Grotere eukaryote cellen hebben organellen die intracellulair transport vergemakkelijken. Ook helpen structurele veranderingen om beperkingen te overwinnen. Sommige cellen die grote hoeveelheden stoffen met de omgeving moeten uitwisselen, ontwikkelden lange, dunne extrusies die de verhouding tussen oppervlakte en volume maximaliseren. Een voorbeeld van dergelijke structuren zijn de wortelharen van plantencellen die de opname van water en voedingsstoffen vergemakkelijken. Daarom zijn celgrootte en verhouding tussen oppervlakte en volume cruciale factoren in de evolutie van cellulaire kenmerken.
