Соотношение площади поверхности к объёму
Введено| English | Значение |
|---|---|
| volume/ˈvɒljuːm/ | объём |
| surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ | площадь поверхности |
| agar/ˈeɪɡɑː/ | агар |
| dialysis tubing/daɪˈæləsɪs ˈtjuːbɪŋ/ | диализная мембрана |
| exchange surface/eksˈtʃeɪndʒ ˈsɜːfɪs/ | поверхность обмена |
Почему клетки остаются маленькими
- Клетка получает пищу и кислород, а также удаляет отходы, через свою поверхность.
- Но при росте что-либо увеличивается, его объем растет быстрее, чем площадь поверхности.
- Поэтому большие клетки не успевают обеспечивать свои внутренние процессы.
Соотношение уменьшается с увеличением размера
Для куба со стороной $L$:
- Увеличение $L$ дает меньшее соотношение.
Диффузия через поверхность
Частицы самостоятельно распространяются от густонаселённых участков к редким. Маленькая клетка имеет большое соотношение площади поверхности к объёму, поэтому вещества быстро диффундируют внутрь и наружу.
По мере увеличения клетки её соотношение площади поверхности к объёму:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Объём (L³) растёт быстрее, чем площадь поверхности (6L²), поэтому соотношение 6/L уменьшается при увеличении L.
У куба длина ребра равна 2. Используя формулу ratio = 6/L, каково его соотношение площади поверхности к объёму?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ratio = 6 / L = 6 / 2 = 3 (т.е. 3 : 1).
У куба длина ребра равна 3. Используя формулу ratio = 6/L, каково его соотношение площади поверхности к объёму?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ratio = 6 / L = 6 / 3 = 2 (т.е. 2 : 1) — меньше, чем у куба со стороной 2, так как он больше.
Расположите эти кубы по соотношению площади поверхности к объёму, начиная с наибольшего соотношения.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
У самого маленького куба наибольшее соотношение; по мере увеличения стороны 6/L уменьшается.
Почему это важно
- Большое соотношение площади поверхности к объему = быстрый обмен. Поэтому маленькие клетки и тонкие, плоские формы быстро обмениваются веществами.
- Большие клетки не могут полагаться только на диффузию — им нужны транспортные системы.
- Это можно показать с помощью блоков агара разных размеров, пропитанных красителем: самый маленький блок (наибольшее соотношение) окрашивается полностью быстрее всего. (Диффузия через неживые материалы изучается с помощью диализного мешочка.)
Площадь поверхности : объём
Увеличьте куб: его объём растёт быстрее, чем площадь поверхности, поэтому соотношение ПП:О уменьшается — именно поэтому обменные поверхности и клетки остаются маленькими.
Почему маленькие клетки и тонкие, плоские формы быстро обмениваются материалами?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Большое соотношение означает много поверхности на единицу объёма, поэтому обмен диффузией происходит быстро.
Маленькие клетки быстро обмениваются материалами, потому что имеют ______ соотношение площади поверхности к объёму.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Большое соотношение обеспечивает достаточно поверхности на каждую единицу объёма, поэтому диффузия быстро снабжает всю клетку.
В опыте с блоками агара, какой блок окрашивается полностью быстрее всего?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
У самого маленького блока наибольшее соотношение, поэтому краситель/кислота диффундирует до его центра быстрее всего.
Поверхности обмена решают проблему
- Крупные организмы не могут полагаться на свою малую поверхность, поэтому у них эволюционируют специализированные поверхности обмена (лёгкие, жабры, корневые волоски, ворсинки).
- Они обеспечивают огромную площадь поверхности, тонкие стенки и хорошее кровоснабжение для быстрого обмена.
У более крупного организма меньше соотношение площади поверхности к объему. Именно поэтому мышь быстро теряет тепло, а кит нет, и почему крупным организмам нужны системы обмена и транспорта, которых нет у одиночных клеток.
Вы поняли
- объем растет быстрее площади поверхности → больший размер означает меньшее соотношение
- куб: $\text{SA}=6L^2$, $V=L^3$, соотношение $=\dfrac{6}{L}$
- большое соотношение = быстрый обмен → побеждают маленькие клетки и тонкие, плоские формы
- демонстрация с блоками агара: самый маленький блок окрашивается быстрее всего