| English | 意味 |
|---|---|
| volume/ˈvɒljuːm/ | 体積 |
| surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ | 表面積 |
| surface-area-to-volume ratio/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə tə ˈvɒljuːm ˈreɪʃɪəʊ/ | 表面積と体積の比 |
| diffusion/dɪˈfjuːʒn/ | 拡散 |
なぜ細胞は小さいままであるのか
- マウスでも象でも、ほぼ全ての細胞は微視的です。
- 大きな動物は大きな細胞で作られているのではなく、より多くの細胞で作られています。
- 細胞が大きく成長できないには、物理的な明確な理由があります。
- それは表面積と体積の競走に集約されます。
表面積対体積
- 細胞は食物と酸素を表面積を通じて取り入れます。
- 細胞はその材料を全体の体積内で利用します。
- 細胞が大きくなると、体積は表面積よりも速く増加します。
- したがって、大きな細胞は大きな内部を満たすのに十分な表面積を持っていません。
辺の長さ2の立方体では、表面積は24、体積は8である。このSA:V比（表面 ÷ 体積）はいくつか？
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$24 \div 8 = 3$。辺の長さ1のより小さい立方体では$6 \div 1 = 6$となり、より高い比になる。
SA:V比の低下
- **表面積対体積比（surface-area-to-volume ratio）**は、内部単位あたりの表面量を測定する指標です。
- 立方体のサイズを倍にすると、この比は半分に減る。
- 小さな細胞は高い比を持ち、体積に対して十分な表面積があります。
- 大きな細胞は低い比を持ち、維持できるだけの表面積がありません。
表面面積 ： 体積
立方体を拡大してSA:V比が低下することを見よう——これが細胞と交換表面が小さい理由である。
なぜ多くの細胞は非常に小さくなければならないのか？
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小さい細胞は、その体積に対して大きな表面積を持つため、物質が十分に速く出入りできる。
細胞が大きくなると、その表面積対体積比は低下する。
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体積は表面積よりも速く増大するため、サイズが増加するとSA:V比は低下する。
拡散による限界
- 物質は細胞内を拡散によって移動しますが、これは短距離でのみ高速です。
- 大きな細胞では、中心部が表面から遠すぎます。
- 供給品が到着する速度が遅すぎて、細胞を生き維持できません。
- そのため、小さい状態を保つことで、すべての部分が表面に近接したままになります。
拡散に依存する細胞のサイズ限界を決めるものは何か？
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拡散は短い距離でのみ速いため、大きすぎる細胞は中心部を十分に速く補給できない。
細胞のサイズに関する正しい記述をすべて選択してください。
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大きい細胞は単位体積あたりの材料交換がより遅いのであり、速いわけではない。他の3つは正しい。
大きいことが必ずしも良いわけではありません。細胞が大きくなると、体積あたりの表面積が減少するため、物質交換は速くなく、むしろ遅くなります。これが、細胞が無限に成長するのではなく分裂する理由そのものです。
交換面が折りたたまれている理由：
- 肺は大量の酸素を素早く取り換える必要があります。
- 滑らかな風船では、表面積があまりにも不足します。
- 代わりに肺は数百万個の微小な嚢（囊胞）に折りたたまれており、限られた体積の中に巨大な表面積が詰まっています。
細胞は小さいままでいなければなりません。小さな細胞は高い表面積対体積比を持っています。サイズが増えると、体積は表面積よりも速く増加するため、比率は低下し、拡散では中心部に十分な速さで物質を届けることができなくなります。大型生物は、より大きな細胞を使うのではなく、より多くの細胞を使用します。