Warum sind Zellen so klein?

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Das Brooklyn College erklärt, dass Zellen klein sind, weil sie im Verhältnis zum Volumen, das sie enthalten, eine große Oberfläche haben müssen, um richtig zu funktionieren. Wenn eine Kugel größer wird, nimmt ihr Volumen viel schneller zu als ihre Oberfläche. Dies stellt die Zelle vor logistische Probleme, da sie versucht, Ressourcen und Produkte durch ein großes Volumen zu transportieren, ohne dass die Ressourcen über eine große Oberfläche zur Verfügung stehen.



Beispielsweise benötigt eine typische tierische Zelle Sauerstoff zum Überleben. Die Größe der Zelle bestimmt teilweise die benötigte Sauerstoffmenge, während die Oberfläche der Zelle die Menge an Sauerstoff begrenzt, die auf einmal absorbiert werden kann. Dementsprechend steigt, wenn die Größe einer Zelle wächst, ihr Bedarf an Sauerstoff und anderen Ressourcen schnell an, während ihre Kapazität zur Absorption von Sauerstoff langsamer ansteigt. Irgendwann wird die Größe der Zelle laut Brooklyn College dazu führen, dass sich die Zelle teilt oder stirbt.

Trotz der Beschränkungen der Zellgröße, die durch das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen auferlegt werden, zeigt eine 2013 in der Zeitschrift Nature Cell Biology veröffentlichte Studie, dass die Schwerkraft auch die Zellgröße begrenzt. Während die Schwerkraft auf sehr kleinem Maßstab eine vernachlässigbare Kraft ist, müssen Zellen mit einem Durchmesser von etwa 1 Millimeter strukturelle Elemente enthalten, um einige Organellen unter dem Einfluss der Schwerkraft stabil zu halten. Ohne solche Elemente können Zellkomponenten ihre strukturelle Integrität verlieren.