세포의 크기와 현미경

적혈구 지름은 약 8 µm이라, 지름 2 mm 핀머리에 약 250개가 나란히 들어갑니다.

보이지 않는 것을 재는 법

자는 밀리미터에서 끝나지만 세포는 그보다 훨씬 작습니다. 그래서 생물학에서는 밀리미터의 천분의 일인 마이크로미터(µm)와, 마이크로미터의 천분의 일인 나노미터(nm)를 씁니다. 1 mm는 1,000 µm이고 1 µm는 1,000 nm입니다. 사람 적혈구의 지름은 보통 약 8 µm이고 핀머리는 약 2 mm입니다. 2,000 µm를 8 µm로 나누면 250이니, 핀머리 하나를 가로질러 적혈구 250개가 줄을 설 수 있습니다.

세포의 크기는 제각각입니다. 세균 같은 원핵세포는 지름 약 0.1~5.0 µm이고, 식물과 동물을 이루는 진핵세포는 대부분 약 10~100 µm입니다. 그 안에서 핵은 지름 약 5 µm, 미토콘드리아는 보통 길이 1~2 µm입니다. 리보솜은 겨우 20~30 nm라서 교실 현미경으로는 보이지 않습니다. 맨눈으로 볼 수 있는 가장 작은 물체는 약 0.1 mm라서, 사람의 난자처럼 아주 큰 세포 몇 가지는 렌즈 없이 볼 수 있는 경계에 걸쳐 있습니다.

광학 현미경

학교에서 쓰는 현미경은 대부분 광학 현미경입니다. 빛이 시료를 지난 뒤 두 묶음의 렌즈를 거칩니다. 학생용 현미경은 보통 약 400배까지 확대하고, 기름 담금 렌즈를 쓰면 약 1,000배까지 확대합니다. 그러나 배율만으로는 부족합니다. 그만큼 중요한 것이 분해능입니다. 분해능은 가까이 붙은 두 점을 두 개로 구분해 보여 주는 능력입니다. 좋은 학생용 광학 현미경의 분해능은 약 200 nm입니다. 이보다 가까운 두 구조는 그림을 아무리 키워도 하나로 번져 보입니다.

광학 현미경의 큰 장점은 살아 있는 세포를 볼 수 있다는 것입니다. 하지만 세포는 대부분 거의 투명해서 색소로 염색하지 않으면 부분을 구분하기 어렵고, 염색하면 세포가 대개 죽습니다. 렌즈 두 묶음 때문에 상도 뒤집힙니다. 슬라이드를 왼쪽으로 밀면 상은 오른쪽으로 움직이고, 슬라이드 위의 글자 「e」는 거꾸로 보입니다.

전자 현미경

전자 현미경은 빛 대신 전자 빔을 씁니다. 전자는 빛보다 파장이 훨씬 짧아서 약 10만 배 배율에, 약 50 피코미터 크기의 세부까지 구분합니다. 대신 전자는 진공에서만 잘 움직이고 시료를 준비하는 과정에서 시료가 죽기 때문에, 살아 있는 세포는 볼 수 없습니다. 주사 전자 현미경은 빔으로 표면을 훑어 겉모양을 보여 주고, 투과 전자 현미경은 얇게 자른 시료에 빔을 통과시켜 속 구조를 보여 줍니다. 다음 단원에 나오는 소기관들도 투과 전자 현미경으로 처음 자세히 보였습니다.

세포가 작게 머무는 이유

세포는 왜 하나로 크게 자라지 않을까요? 세포가 쓰는 것은 모두 표면으로 들어오고, 버리는 것도 표면으로 나갑니다. 한 변이 1 mm인 정육면체 세포를 생각해 봅니다. 겉넓이는 6 mm², 부피는 1 mm³이라 비율은 6 대 1입니다. 한 변을 2 mm로 늘리면 겉넓이는 24 mm², 부피는 8 mm³이 되어 비율이 3 대 1로 줄어듭니다. 세포가 커질수록 부피가 겉넓이보다 빨리 늘어나서, 막의 한 부분이 먹여 살려야 할 세포 부피가 많아집니다. 어느 크기를 넘으면 막이 따라가지 못합니다. 그래서 세포는 분열하거나, 납작하거나 가늘고 길어지거나, 막을 접거나, 소기관에 일을 나누어 맡깁니다.