Celgrootte en microscopen

Een rode bloedcel is ongeveer 8 µm breed, dus ongeveer 250 ervan passen over een speldenknop van 2 mm.

Iets meten wat je niet kunt zien

Linialen houden bij millimeters op, en cellen zijn veel kleiner. Biologen gebruiken de micrometer (µm), een duizendste millimeter, en de nanometer (nm), een duizendste micrometer. Dus 1 mm = 1000 µm en 1 µm = 1000 nm. Een gewone menselijke rode bloedcel is ongeveer 8 µm breed, en een speldenknop ongeveer 2 mm. Deel 2000 µm door 8 µm en je krijgt 250: zoveel rode bloedcellen kunnen over één speldenknop op een rij liggen.

Cellen verschillen sterk. Bacteriën en andere prokaryote cellen zijn ongeveer 0.1 tot 5.0 µm breed. De meeste eukaryote cellen, het soort waaruit planten en dieren bestaan, zijn ongeveer 10 tot 100 µm. Daarin is een kern ongeveer 5 µm breed en is een mitochondrion meestal 1 tot 2 µm lang. Een ribosoom is maar 20 tot 30 nm, ver onder alles wat een schoolmicroscoop kan tonen. Het kleinste wat het blote oog kan zien, is ongeveer 0.1 mm, dus een paar heel grote cellen, zoals een menselijke eicel, liggen precies op de rand van wat je zonder lens kunt zien.

Lichtmicroscopen

De meeste schoolmicroscopen zijn lichtmicroscopen. Zichtbaar licht gaat door het preparaat en dan door twee stellen lenzen. Leerlingenmicroscopen vergroten meestal tot ongeveer 400 keer, en met een olie-immersielens ongeveer 1000 keer. Vergroting alleen is echter niet genoeg. Net zo belangrijk is het oplossend vermogen, het vermogen om twee punten dicht bij elkaar als twee aparte punten te tonen. Een goede leerlingenlichtmicroscoop lost ongeveer 200 nm op. Twee structuren dichter bij elkaar dan dat vloeien samen, hoe groot je het plaatje ook maakt.

Lichtmicroscopen hebben een groot voordeel: je kunt levende cellen bekijken. De meeste cellen zijn bijna doorzichtig, dus hun delen zijn moeilijk te onderscheiden tenzij ze met kleurstoffen worden gekleurd, en kleuren doodt de cellen meestal. Het systeem met twee lenzen draait het beeld ook om. Een preparaat dat naar links wordt geschoven, lijkt naar rechts te bewegen, en een letter “e” op het preparaat lijkt op zijn kop te staan.

Elektronenmicroscopen

Elektronenmicroscopen gebruiken een bundel elektronen in plaats van licht. Elektronen hebben een veel kortere golflengte dan licht, dus deze instrumenten bereiken vergrotingen rond 100 000 keer en lossen details op tot ongeveer 50 picometer. De prijs is dat elektronen alleen in een vacuüm goed reizen en de voorbereiding het preparaat doodt, dus je kunt zo geen levende cel bekijken. Een scanning-elektronenmicroscoop veegt de bundel over een oppervlak en toont de vorm ervan. Een transmissie-elektronenmicroscoop stuurt de bundel door een dun plakje en toont de delen binnenin, en zo zijn de organellen in de volgende eenheden voor het eerst in detail gezien.

Waarom cellen klein blijven

Waarom geen gigantische cel? Alles wat een cel gebruikt, komt via zijn oppervlak binnen, en alles wat hij weggooit, verlaat hem op dezelfde manier. Stel je een kubusvormige cel voor van 1 mm aan elke kant. Zijn oppervlak is 6 mm² en zijn volume is 1 mm³, een verhouding van 6 op 1. Verdubbel de zijde tot 2 mm en het oppervlak wordt 24 mm² terwijl het volume 8 mm³ wordt, een verhouding van maar 3 op 1. Naarmate een cel groeit, groeit zijn volume sneller dan zijn oppervlak, en moet elk stukje membraan meer cel voeden. Voorbij een bepaalde grootte kan het membraan het niet bijhouden. Cellen lossen dit op door te delen, door plat of lang en dun te worden, door hun membranen te vouwen of door werk over organellen te verdelen.