細胞の大きさの特異性：単細胞の象が存在しない理由

要約

この記事では、象、青鯨、クマのような巨大生物が存在するにもかかわらず、単細胞生物が非常に少ない理由について探求します。細胞の表面積と体積が異なる速度で増加する生物学的な特異性について掘り下げ、細胞の大きさの制限について説明します。しかしながら、一部の大きな細胞はシステムを騙すために適応し、また、表面積を増加させるための独自の生物学的なハックを持つ単細胞生物も存在します。

表面積と体積の特異性

象は巨大な生物であり、それでも1000兆個以上の微小細胞によってその巨大さが支えられています。一方、数百万の単細胞生物が存在しますが、肉眼で見ることができるのはほんの一部です。これは、細胞の表面積と体積が異なる速度で増加する生物学的な特異性によるものです。細胞を立方体として想像すると、1マイクロメートルの一辺を持つ立方体の表面積は6平方マイクロメートル、体積は1立方マイクロメートルになります。これにより、表面積と体積の比率は6：1になります。しかし、一辺が10マイクロメートルの立方体にすると、細胞の表面積は600平方マイクロメートル、体積は1000立方マイクロメートルになります。これにより、比率は0.6：1になり、1単位の表面積で1単位の体積をカバーするには表面積が不足してしまいます。立方体が大きくなるにつれて、体積が表面積よりもはるかに速く増加するため、内部が膜を追い越してしまい、細胞内の物質の出入りが速やかに行われなくなります。巨大な細胞は廃棄物で詰まり、最終的に死滅し崩壊します。

多数の小さな細胞が優れている理由

多数の小さな細胞を持つことには、もう1つの利点があります。一つが穿孔されたり、感染されたり、破壊されたりしても、悲劇ではありません。小さな細胞は、細胞膜を通じて資源や廃棄物を効率的に交換することができます。

システムを騙す：大きな細胞の適応

しかしながら、一部の非常に大きな細胞は、システムを騙すために適応しています。例えば、体内で最も長い細胞である脊髄から足まで伸びる神経細胞は、直径わずか数マイクロメートルの非常に薄い細胞で長さを補償しています。また、小腸には、ビリのような構造があります。ビリは、高度に折りたたまれた膜を持つ細胞でできており、表面積を増やすために微小な突起を持っています。

単細胞生物の独自の生物学的ハック

単細胞生物についてはどうでしょうか？世界で最も大きな単細胞生物であるとされる緑色藻のカウレルパ・タキフォリアは、独自の生物学的なハックによって30センチメートルに達することができます。フロンド状の構造によって表面積が増加し、光合成を利用して自分自身の食物分子を組み立てます。また、シノサイトと呼ばれる単一の細胞に複数の核を持つことから、細胞の分裂がなくても多細胞生物のようになります。しかし、最大の単細胞生物でも、象、鯨、クマほど大きくはなりません。

結論

結論として、象、青鯨、クマのような巨大生物が存在するにもかかわらず、単細胞生物が非常に少ない理由は、細胞の表面積と体積が異なる速度で増加する生物学的な特異性によるものです。しかしながら、一部の大きな細胞はシステムを騙すために適応し、また、表面積を増加させるための独自の生物学的なハックを持つ単細胞生物も存在します。それでも、多数の小さな細胞を持つことによって、細胞膜を通じて資源や廃棄物を効率的に交換することができます。