Насколько большим может быть одноклеточный организм? — Марри Ганс

Полная версия урока: http://ed.ted.com/lessons/what-is-the-biggest-single-celled-organism-murry-gans

Слон — существо колоссального размера, однако своими габаритами он обязан более чем одной тысяче триллионов микроскопических клеток, и в тоже время существуют невероятно маленькие организмы:
миллионы одноклеточных особей, большинство из которых не видимы невооружённым глазом. В чём причина? Почему не бывает одноклеточного слона? Или голубого кита? Или бурого медведя?
Марри Ганс проливает свет на эти вопросы.

Урок — Марри Ганс, анимация — Zedem Media.

Слон — существо колоссального размера,
однако этим он обязан

более чем одной тысяче триллионов
микроскопических клеток,

а на уровне невероятно
маленьких организмов

существуют миллионы одноклеточных особей,

большинство из которых
не видимы невооружённым глазом.

В чём причина?

Почему не бывает одноклеточных слонов,

или китов,

или бурых медведей?

Чтобы выяснить это,
мы должны заглянуть внутрь клетки.

Здесь происходят
основные клеточные процессы,

скрытые под клеточной мембраной,

которая служит входом в клетку
и выходом из неё.

Все необходимые для питания клетки ресурсы

или продукты распада, подлежащие удалению,

сначала должны пройти через мембрану.

Но в этой системе существует
биологическая странность.

Поверхность и объём клетки
растут в разных пропорциях.

Клетки бывают различной формы,

но если представить их в виде куба,
то легче будет сделать вычисления.

Куб имеет шесть сторон.

Они представляют клеточную мембрану
и образуют её поверхность.

Если каждая сторона куба —
один микрометр,

это одна миллионная метра,

то общая площадь поверхности —
шесть квадратных микрометров.

А её объём составит
один кубический микрометр.

Это даёт нам соотношение
шести частей площади

к одной части объёма,

то есть шесть к одному.

Но всё резко меняется,
если взять куб в десять раз больше:

с размером стороны в десять микрометров.

Такая клетка имеет площадь поверхности
в 600 квадратных микрометров

и объём в 1 000 кубических микрометров,

соотношение будет 0,6 к одному.

Это меньше одной части площади поверхности
на одну часть объёма.

По мере увеличения куба, его объём
растёт быстрее, чем его площадь.

Внутренний объём вытолкнул бы мембрану,

оставляя слишком мало площади для быстрого
проникновения веществ в клетку или из неё.

Огромная клетка наполнилась бы
продуктами распада и погибла бы.

Есть и другое преимущество
в многочисленности небольших клеток.

Не трагедия, если одна из них
будет повреждена или заражена.

Удивительно, но существуют
исключительно огромные клетки,

которые научились обходить эту систему,

например, нейрон —
самая длинная клетка нашего тела,

которая тянется
от основания позвоночника до ступни.

В противовес своей длине,
сам нейрон очень тонкий,

всего несколько микрометров в диаметре.

Другим примером служит тонкий кишечник,

где ткани, называемые ворсинками, сложены
в маленькие пальцеобразные выступы.

Каждая ворсинка образована
клетками со складчатыми мембранами,

имеющими маленькие выступы, микроворсинки,
что увеличивает площадь их поверхности.

Но как обстоит дело
с одноклеточными организмами?

Зелёная морская водоросль
Caulerpa taxifolia достигает 30 см в длину

и считается крупнейшим
одноклеточным организмом в мире

благодаря уникальному
биологическому трюку.

Площадь её поверхности расширена
за счёт листовидного строения.

С помощью фотосинтеза она производит
молекулы для своего питания,

и она несептирована.

Что означает, что это отдельная клетка
с более чем одним ядром,

как у многоклеточного организма,
но без перегородок между клетками.

Но даже огромные одноклеточные организмы
имеют предел,

и ни один из них не вырастет размером
со слона, кита или медведя.

Зато внутри каждого огромного существа
есть триллионы крохотных клеток,

прекрасно приспособленных,
при всей их миниатюрности,

приводить в движение
гигантов нашей планеты.