Размер клеток и микроскопы

Эритроцит имеет в поперечнике около 8 мкм, поэтому около 250 эритроцитов уложатся поперёк булавочной головки размером 2 мм.

Как измерить то, что не видно

Линейки заканчиваются на миллиметрах, а клетки гораздо меньше. Биологи пользуются микрометром (мкм), одной тысячной миллиметра, и нанометром (нм), одной тысячной микрометра. Значит, 1 мм = 1000 мкм и 1 мкм = 1000 нм. Типичный эритроцит человека имеет в поперечнике около 8 мкм, а булавочная головка около 2 мм. Раздели 2000 мкм на 8 мкм и получишь 250: столько эритроцитов могли бы выстроиться в ряд поперёк одной булавочной головки.

Клетки очень разные. Бактерии и другие прокариотические клетки имеют размер около 0.1–5.0 мкм. Большинство эукариотических клеток, из которых состоят растения и животные, имеют размер около 10–100 мкм. Внутри них ядро составляет примерно 5 мкм в поперечнике, а митохондрия обычно имеет длину 1–2 мкм. Рибосома имеет размер всего 20–30 нм, это гораздо меньше всего, что может показать школьный микроскоп. Самые маленькие объекты, которые видит невооружённый глаз, имеют размер около 0.1 мм, поэтому некоторые очень крупные клетки, например яйцеклетка человека, находятся на самой границе того, что можно увидеть без линзы.

Световые микроскопы

Большинство школьных микроскопов являются световыми. Видимый свет проходит через препарат, а затем через две системы линз. Школьные микроскопы обычно увеличивают примерно до 400 раз, а с иммерсионным масляным объективом примерно в 1000 раз. Но одного увеличения мало. Не менее важна разрешающая способность, то есть умение показать две близкие точки как две отдельные точки. Хороший школьный световой микроскоп различает около 200 нм. Две структуры, расположенные ближе, сливаются в одну, как бы сильно ни увеличивать изображение.

У световых микроскопов есть большое преимущество: в них можно наблюдать живые клетки. Большинство клеток почти прозрачны, поэтому их части трудно различить без окраски красителями, а окраска обычно убивает клетки. Кроме того, система из двух линз переворачивает изображение. Препарат, сдвинутый влево, кажется сдвинутым вправо, а буква «e» на предметном стекле выглядит перевёрнутой.

Электронные микроскопы

В электронных микроскопах вместо света используется пучок электронов. Длина волны электронов гораздо меньше, чем у света, поэтому такие приборы дают увеличение около 100 000 раз и различают детали размером до 50 пикометров. Цена этого в том, что электроны хорошо движутся только в вакууме, а подготовка убивает препарат, поэтому живую клетку так не увидеть. Сканирующий электронный микроскоп проводит пучком по поверхности и показывает её форму. Просвечивающий электронный микроскоп пропускает пучок через тонкий срез и показывает внутренние части; именно так органоиды из следующих уроков впервые разглядели подробно.

Почему клетки остаются маленькими

Почему не бывает одной гигантской клетки? Всё, что клетка использует, попадает внутрь через её поверхность, и всё, что она выбрасывает, уходит тем же путём. Представь клетку в форме куба с ребром 1 мм. Площадь её поверхности 6 мм², объём 1 мм³, отношение 6 к 1. Увеличь ребро вдвое, до 2 мм, и площадь станет 24 мм², а объём 8 мм³: отношение всего 3 к 1. Когда клетка растёт, её объём увеличивается быстрее поверхности, и каждый участок мембраны должен снабжать больше клетки. После некоторого размера мембрана перестаёт справляться. Клетки решают эту задачу делением, становясь плоскими или длинными и тонкими, образуя складки мембраны или распределяя работу между органоидами.