Dimensioni delle cellule e microscopi

Un globulo rosso è largo circa 8 µm, quindi circa 250 globuli rossi starebbero in fila sulla capocchia di uno spillo di 2 mm.

Misurare ciò che non si vede

I righelli arrivano ai millimetri, e le cellule sono molto più piccole. I biologi usano il micrometro (µm), un millesimo di millimetro, e il nanometro (nm), un millesimo di micrometro. Quindi 1 mm = 1000 µm e 1 µm = 1000 nm. Un tipico globulo rosso umano è largo circa 8 µm, e la capocchia di uno spillo misura circa 2 mm. Dividi 2000 µm per 8 µm e ottieni 250: tanti globuli rossi potrebbero allinearsi su una capocchia di spillo.

Le cellule variano molto. I batteri e le altre cellule procariote misurano da circa 0.1 a 5.0 µm. Quasi tutte le cellule eucariote, quelle che formano piante e animali, misurano circa da 10 a 100 µm. Al loro interno un nucleo è largo più o meno 5 µm e un mitocondrio è lungo di solito da 1 a 2 µm. Un ribosoma misura solo da 20 a 30 nm, molto al di sotto di quanto può mostrare un microscopio scolastico. Gli oggetti più piccoli visibili a occhio nudo misurano circa 0.1 mm, quindi poche cellule molto grandi, come la cellula uovo umana, stanno proprio al limite di ciò che si vede senza lente.

Microscopi ottici

Quasi tutti i microscopi scolastici sono microscopi ottici. La luce visibile attraversa il campione e poi due sistemi di lenti. I microscopi per studenti di solito ingrandiscono fino a circa 400 volte, e con un obiettivo a immersione in olio circa 1000 volte. L'ingrandimento da solo però non basta. Conta altrettanto il potere risolutivo, cioè la capacità di mostrare come separati due punti molto vicini. Un buon microscopio ottico per studenti risolve circa 200 nm. Due strutture più vicine di così si confondono in una sola, per quanto si ingrandisca l'immagine.

I microscopi ottici hanno un grande vantaggio: permettono di osservare cellule vive. Quasi tutte le cellule sono quasi trasparenti, quindi le loro parti si distinguono a fatica se non vengono colorate, e la colorazione di solito uccide le cellule. Il sistema a due lenti inoltre capovolge l'immagine. Un vetrino spostato verso sinistra sembra muoversi verso destra, e una lettera «e» sul vetrino appare capovolta.

Microscopi elettronici

I microscopi elettronici usano un fascio di elettroni al posto della luce. Gli elettroni hanno una lunghezza d'onda molto più corta della luce, quindi questi strumenti arrivano a ingrandimenti di circa 100 000 volte e risolvono dettagli fino a circa 50 picometri. Il prezzo è che gli elettroni viaggiano bene solo nel vuoto e la preparazione uccide il campione, quindi in questo modo non si può osservare una cellula viva. Il microscopio elettronico a scansione fa scorrere il fascio su una superficie e ne mostra la forma. Il microscopio elettronico a trasmissione fa passare il fascio attraverso una fettina sottile e mostra le parti interne: è così che gli organuli delle prossime unità furono visti per la prima volta nei dettagli.

Perché le cellule restano piccole

Perché non un'unica cellula gigante? Tutto ciò che una cellula usa entra attraverso la sua superficie, e tutto ciò che scarta esce per la stessa via. Immagina una cellula a forma di cubo con lo spigolo di 1 mm. La sua superficie è 6 mm² e il suo volume 1 mm³, un rapporto di 6 a 1. Raddoppia lo spigolo a 2 mm: la superficie diventa 24 mm² e il volume 8 mm³, un rapporto di appena 3 a 1. Quando una cellula cresce, il volume aumenta più in fretta della superficie, e ogni pezzetto di membrana deve nutrire più cellula. Oltre una certa dimensione la membrana non ce la fa più. Le cellule risolvono il problema dividendosi, diventando piatte o lunghe e sottili, ripiegando le membrane o dividendo il lavoro tra gli organuli.