象は とても大きな生き物です
しかし その大きな体も1000兆以上もの とても小さな細胞に負っています
また とても小さな生き物としては
おそらく何百万種もの 単細胞生物がいますが
肉眼で見えるものはほとんどありません
それは何故でしょう？
なぜ単細胞の象や
シロナガスクジラや
ヒグマはいないのでしょうか？
答えを探すには 細胞の内側を 覗く必要があります
ここで細胞のほとんどの営みが 起きています
細胞は細胞膜に包まれていて
物質が細胞を出入りする際の 出入り口となっています
細胞が消費する必要のある物質や
排出すべき老廃物は
先ずはこの細胞膜を通る必要があります
しかし 細胞の構造は 生物学上の 風変わりな特徴を有しています
細胞の表面積と体積は異なる 割合で大きくなります
細胞はいろんな形をしていますが
立方体だと考えると 計算が簡単になります
立方体には６つの面があります
これらの面が細胞膜を表していて 表面積となる部分です
立方体の１辺の長さは１マイクロメートル
つまり １メートルの100万分の１です
全表面積は６平方マイクロメートルです
また体積は１立方マイクロメートルです
つまり表面積６単位で
体積１個分になり
６:１の比率です
しかし 比率は各辺の長さを10倍の 10マイクメートルにすると劇的に変化します
この細胞の表面積は 600平方マイクロメートルで
体積は１千立方マイクロメートルになります
わずか0.6:１の比率です
体積１単位分に対する面積は １より小さくなっています
立方体が大きくなるにつれ 体積の方が 表面積より ずっと速く大きくなります
内部の体積が細胞膜の面積を上回り
表面積が小さすぎるため 物質が 素早く出入りすることができません
大きい細胞には老廃物が溜まり 遂に死滅し分解します
より小さい細胞が複数存在することには 別の利点もあります
もし１つの細胞に穴が開いたり 感染 あるいは破壊されても大きな問題になりません
しかし例外的に大きい細胞もいくつかあり
巧妙に生物の仕組みに適応してきました
その一つが身体の中で最も長い細胞
脊柱の基部から足まで伸びている 神経細胞です
長さを相殺するために この神経はすごく細く
直径は数マイクロメートルしかありません
別の例は小腸にあります
そこでは絨毛という組織が折り畳まれ 小指状になっています
一つ一つの絨毛は 密に折り畳まれた膜組織でできていて
そこには微絨毛という小さなでこぼこがあり 表面積を増やしています
では単細胞生物の場合はどうでしょう？
30センチメートルに達することもある イチイヅタという緑藻は
世界一大きい単細胞生物だと言われています
独特な生物学的進化を遂げたおかげです
シダの葉のような構造により 大きな表面積をもっています
イチイヅタは光合成により 栄養素を作ります
また 多核体でもあります
つまり 一つの細胞に 多数の核が含まれています
多細胞生物のように見えますが 細胞内部を隔てるものがありません
しかし最も大きい単細胞生物にも 限界があります
象 クジラ 熊ほど大きくはなりません
大きい生物にある 何兆個もの非常に小さな細胞は
その小ささゆえに全体として
地球上の巨大な生物が動き回るのに まさに適しているのです