Hlavní obsah
Biologie
Kurz: Biologie > Kapitola 1
Lekce 2: Prokaryota a eukaryotaVelikost buněk
Zamysleme se nad omezujícími faktory velikosti buněk. Zaměříme se na poměr objemu a povrchu.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
- V tomto videu se chci
zamyslet nad velikostí buňky, hlavně nad tím, jak malé mohou buňky být a také nad tím, jaké faktory limitují,
do jaké velikosti mohou vyrůst. A nějaké obrázky buněk tady mám, přímo tady mám obrázek
bakterie pseudomonas, všechny tyhle věci ve tvaru
pilulky jsou buňky bakterie. A jen abyste si udělali představu
o správném měřítku, šířka této pilulky je
jeden mikrometr. Takže tohle je přibližně jeden mikrometr,
což je vlastně jedna miliontina metru. Nebo si to můžete představit jako
tisícinu milimetru, cokoli, abyste měli nějakou představu. A pak délka, tady,
to je přibližně pět mikrometrů. Tohle je přibližně pět mikrometrů. No a tady mám obrázky nějakých buněk, které byste mohli najít v lidském těle, tohle jsou červené krvinky,
ty mají průměr asi sedm mikrometrů. A vidíte, že podobný rozměr
mají i tyhle bílé krvinky a nějaké další věci tady. A tady vidíme lidskou spermii, která se chystá proniknout
do lidského vajíčka. A lidské vajíčko je jedna z největších
buněk, které existují, obzvlášť pokud mluvíme
o sférických buňkách. A tahle buňka tady bude mít
průměr přibližně sto mikrometrů. Takže první otázka... A je fajn, že všechny tyhle obrázky
mají skoro stejné měřítko, takže je možné je skoro i porovnávat... Ale první otázka, kterou si položíme,
je: Jak malá může buňka být? A zamyslete se - buňka je živá věc, je vlastně docela složitá. Musí nést informace, má DNA, musí být schopná replikace,
má metabolické ústrojí. No a já jsem si něco načetl a nejmenší pozorovaná buňka... A myslím, že už jsme v době,
kdy můžeme pozorovat nejmenší buňky, i když je možné, že v budoucnu
budou objeveny ještě menší buňky. …nejmenší je v řádu stovek nanometrů. Nezapomeňte, že 1000 nanometrů
je šířka téhle pilulky, takže pár set nanometrů, tohle
by bylo asi 300 nanometrů, to jsou zatím nejmenší objevené buňky. Jsou to bakteriální buňky, byly objeveny na univerzitě
Berkeley v Kalifornii, a myslíme si, že jsou velmi blízko
k nejmenší možné velikosti, protože jak už jsem zmínil, musí se tam vejít
veškeré genetické informace a celé buněčné ústrojí. A všechno je to složité a proto je nemůžou být o moc menší. Ale jak je to s největšími buńkami? Jeden z možných limitujících faktorů a samozřejmě je jich mnohem více, je poměr objemu a povrchu. A proč záleží na poměru
objemu a povrchu? Protože povrch je to, co propojuje buňku s jejím okolím. Musí přijímat živiny a vylučovat odpad, takže každá část povrchu musí zpracovávat přijímané a vydávané látky
pro určitý objem buněk, respektive určitý objem buňky. A jak uvidíme, když buňka roste, její objem a povrch se
nezvětšují stejnoměrně, objem se zvětšuje rychleji než povrch. Takže jak buňka roste,
každá část povrchu musí zpracovat látky z okolního prostředí
pro více a více buněčného objemu a v určitou chvíli už to prostě nezvládne, nestíhá přijímat živiny a
zbavit se odpadu dost rychle. Pro lepší představu se nad tím
zamyslíme matematicky. Takže objem... Objem sférické buňky... Tohle je sférická buňka,
pojďme to udělat trojrozměrné... Pokud to má poloměr "r", její objem bude 4/3πr³. Povrch bude... Povrch bude 4πr². Pojďme spočítat poměr objemu a povrchu, protože to nás teď zajímá. Poměr objemu a povrchu je... Povrch chci udělat žlutě... Poměr objemu a povrchu se rovná (4/3)πr³ lomeno 4πr. A naštěstí se to snadno zjednoduší, 4 děleno 4 je 1, π děleno π je 1, r³ děleno r² je jen "r", takže se to krásně zjednoduší na r/3. A kdyby nám záleželo na jednotkách, byly by to krychlové jednotky
dělené čtverečními jednotkami, ať už je to jakákoli jednotka. Takže tohle je r/3. Pojďme tohle použít,
abychom se zamysleli nad tím, co se stane, když se buňka výrazně zvětší. Pro zjednodušení se
zaměříme na bílé krvinky a abychom je zjednodušili matematicky, budeme předpokládat, že mají
poloměr 3 mikrometry. Udělám to barevně, ať to jde vidět,
3 mikrometry. Takže v tom případě, pro tuto buňku,
poměr objemu k povrchu bude 3... Mohli bychom říct 3 mikrometry
děleno třemi, ale já tam dám... Mohli bychom říct 3 mikrometry
děleno třemi, což bude samozřejmě 1 mikrometr. Ale mít jednotku 1 mikrometr pro poměr
objemu a povrchu nedává moc smysl. Ekvivalentní jednotka by byla 1 krychlový mikrometr
na 1 čtvereční mikrometr, na čtvereční mikrometr, protože
je to objem ku povrchu. Samozřejmě pokud zkrátíte jednotky a uděláte rozměrovou analýzu, zbyde vám pouze ten 1 mikrometr. Ale tohle nám pomáhá
udělat si lepší představu, protože to říká, že každý
čtvereční mikrometr musí obstarat 1 krychlový
mikrometr buněčného objemu. Takže každý čtvereční mikrometr, čtvereční mikrometr této věci
tady bude asi takhle velký, musí průměrně obstarat přibližně 1 krychlového mikrometru buněčného objemu. Dobře, to se zdá rozumné a je to rozumná velikost pro buňku. Ale co kdybychom si to zvětšili tisíckrát, nebo bychom zvětšili poloměr tisíckrát? A samozřejmě to nekreslím v měřítku, ale pojďme si říct,
že najdeme nový organismus, nebo se nad ním teoreticky zamyslíme, a bude mít buněčný poloměr,
místo 3 mikrometrů to bude 3000 miliontin metru. A jen aby bylo jasno, tohle není obrovské, v našem měřítku by to byly 3 milimetry. Byly by to 3 milimetry,
což by bylo okem viditelné, a práh pro viditelnost lidským okem
je asi 1/10 milimetru, což je 100 mikrometrů. Tohle je přibližně 1/10 milimetru. Takže za správných podmínek byste
mohli vidět buňku lidského vajíčka. Ale tohle tady by bylo stále
příliš malé v na naše měřítko, ale pojďme se podívat na to,
co se stane s poměrem objemu a povrchu. 3000 mikrometrů děleno třemi... 3000 mikrometrů děleno třemi... Zbyde nám tady 1000 mikrometrů,
nebo ještě lépe, můžeme to přepsat jako 1000 krychlových
mikrometrů na 1 metr čtvereční. Takže teď, každý čtvereční mikrometr...
Tady musí obsloužit krychlový mikrometr objemu, ale tady musí obsloužit 1000
krychlových mikrometrů objemu. Takže se musí postarat
o mnohem větší objem. A to se rozbije, nezvládne to vyměnit plyny, živiny, zbavit se odpadu dost rychle na to,
aby tato buňka fungovala. Takže poměr objemu a povrchu
je pro buňky velmi důležitý, a koneckonců... No já budu mluvit
jen o buňkách celkově. Vlastně to bývá docela zajímavé,
protože hodně věcí roste. Poměr objemu k povrchu nebo hmoty, a je tam i hodně dalších
zajímavých poměrů. Ale tohle je jeden z nich. Dalším faktorem, který
bude hrát roli, je, že jak buňka roste, její ústrojí
musí překonat větší vzdálenost, musíte dopravit věci na velkou vzdálenost,
cože také může způsobovat problémy. Ale poměr objemu a povrchu je opravdu
zajímavý faktor ke zvážení, protože opravdu nenalezneme
velké a hlavně sférické buňky. A důvod, proč zdůrazňuji sférické buňky, je, že lze nalézt buňky, které jsou
delší než tohle měřítko, jako například nervové buňky. A s tím tvarem fungují,
jsou na to přizpůsobeny, a jedna z adaptací je, že jsou
opravdu tenké a dlouhé. A to je jeden způsob, jak
maximalizují svůj povrch. Třeba takhle, tohle je nervová buňka. Existují i jiné způsoby,
jak zvětšit povrch, třeba budou mít hodně věcí,
které prostě trčí z buňky, aby zvětšily povrch, takže buňky
nejsou jednoznačně všechny sférické. Takže mohou mít další věci,
které tahle zvětšují povrch. Existuje mnoho adaptací,
ale obecně, a ukazovat jako příklad buňky
sférickou není šílené a tohle jsou hlavní důvody, proč nenacházíme větší buňky než lidské vajíčko.