Schlüsselbegriffe
- Oberfläche: Die Gesamtfläche auf der Oberfläche eines Objekts.
Bei einem Durchmesser von 0,1 bis 5,0 µm sind prokaryotische Zellen signifikant kleiner als eukaryotische Zellen mit Durchmessern von 10 bis 100 µm. Die geringe Größe von Prokaryoten ermöglicht es Ionen und organischen Molekülen, die in sie eindringen, schnell in andere Teile der Zelle zu diffundieren. Ebenso können alle Abfälle, die in einer prokaryotischen Zelle produziert werden, schnell diffundieren., Dies ist nicht der Fall bei eukaryotischen Zellen, die unterschiedliche strukturelle Anpassungen entwickelt haben, um den intrazellulären Transport zu verbessern.
Im Allgemeinen ist für alle Zellen, ob prokaryotisch oder eukaryotisch, eine geringe Größe erforderlich., Betrachten Sie die Fläche und das Volumen einer typischen Zelle. Nicht alle Zellen sind kugelförmig, aber die meisten neigen dazu, sich einer Kugel zu nähern. Die Formel für die Oberfläche einer Kugel ist 4nr2, während die Formel für ihr Volumen 4nr3/3 ist. Wenn der Radius einer Zelle zunimmt, nimmt ihre Oberfläche mit dem Quadrat ihres Radius zu, aber ihr Volumen nimmt mit dem Würfel ihres Radius zu (viel schneller).
Wenn eine Zelle an Größe zunimmt, nimmt daher ihr Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ab. Dasselbe Prinzip würde gelten, wenn die Zelle die Form eines Würfels hätte (unten)., Wenn die Zelle zu groß wird, hat die Plasmamembran keine ausreichende Oberfläche, um die für das erhöhte Volumen erforderliche Diffusionsrate zu unterstützen. Mit anderen Worten, wenn eine Zelle wächst, wird sie weniger effizient. Eine Möglichkeit, effizienter zu werden, besteht darin, sich zu teilen; Eine andere Möglichkeit besteht darin, Organellen zu entwickeln, die bestimmte Aufgaben erfüllen. Diese Anpassungen führen zur Entwicklung anspruchsvollerer Zellen, die als eukaryotische Zellen bezeichnet werden.,
Kleinere einzellige Organismen haben ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, wodurch sie sich auf Sauerstoff und Material verlassen können, die in die Zelle diffundieren (und Abfälle diffundieren), um zu überleben. Je höher das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ist, desto effektiver kann dieser Prozess sein. Größere Tiere benötigen spezialisierte Organe (Lunge, Nieren, Darm usw.), die effektiv die für Austauschprozesse verfügbare Oberfläche vergrößern, und ein Kreislaufsystem, um Material und Wärmeenergie zwischen der Oberfläche und dem Kern des Organismus zu bewegen.,
Ein erhöhtes Volumen kann zu biologischen Problemen führen. King Kong, der fiktive Riesengorilla, hätte nicht genügend Lungenoberfläche, um seinen Sauerstoffbedarf zu decken, und könnte nicht überleben. Für kleine Organismen mit ihrem hohen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen sind Reibung und Fluiddynamik (Wind, Wasserfluss) relativ viel wichtiger und die Schwerkraft viel weniger wichtig als für große Tiere.
Eine vergrößerte Oberfläche kann jedoch auch Probleme verursachen., Mehr Kontakt mit der Umwelt durch die Oberfläche einer Zelle oder eines Organs (relativ zu seinem Volumen) erhöht den Verlust von Wasser und gelösten Substanzen. Hohe Flächen-Volumen-Verhältnisse stellen auch in ungünstigen Umgebungen Probleme bei der Temperaturregelung dar.
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