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Sezione B La cellula: l’unità del vivente mente (fig. 7). Il risultato è uno squilibrio nutrizionale sempre maggiore, in quanto la superficie non riesce a garantire scambi con l’ambiente adeguati alla nuova massa cellulare. Accade qualcosa di analogo quando viene ingrandito un mezzo di trasporto per accogliere più persone, ma le dimensioni e il numero delle porte per l’entrata e l’uscita rimangono invariati. Le dimensioni delle cellule variano in funzione della loro attività Abbiamo visto che in una cellula troppo grande le sostanze nutritive richiederebbero tempi troppo lunghi per diffondere dalla superficie all’interno. Altrettanto inefficace risulterebbe l’allontanamento delle sostanze di rifiuto. Ciò spiega anche perché una cellula impegnata in un’attività intensa, e quindi in scambi rapidi con l’ambiente, è tendenzialmente più piccola rispetto a una cellula meno attiva. Le attivissime cellule della radice di una pianta, per esempio, hanno un diametro che va dai 20 ai 30 µm, mentre le cellule in fase di riposo sono anche 10 volte più grandi, a causa della formazione di un grande vacuolo al loro interno. In una cellula troppo grande anche le funzioni di controllo del nucleo diventerebbero insufficienti, poiché la zona su cui questo dovrebbe esercitare la propria influenza diventerebbe eccessivamente ampia. Ecco il motivo per cui alcune cellule molto grandi sono talvolta plurinucleate, come abbiamo visto a proposito dell’alga Caulerpa. Alcune cellule aumentano la superficie relativa attraverso ripiegamenti o variazioni di forma La cellula procariote, tipica dei batteri, è in media così piccola che la sua superficie relativa è grande, sufficiente quindi a garantirle scambi ottimali con l’ambiente. Quella eucario- Fig. 7 Il rapporto superficie/volume delle cellule è tanto più alto quanto più queste sono piccole. S = 6l 2 V = l 3 l = 5 μm 1 cellula di lato 5 S = 150 μm 2 V = 125 μm 3 S/V = 1,2 S = 1200 μm 2 V = 1000 μm 3 1 cellula di lato 20 S = 600 μm 8 cellule di lato 5 S/V = 1,2 2 V = 1000 μm 3 S/V = 0,6 S = 2400 μm 2 V = 8000 μm 3 1 cellula di lato 10 S/V = 0,3 8 cellule di lato 10 S = 4800 μm 2 V = 8000 μm 3 S/V = 0,6 S = 9600 μm 2 V = 8000 μm 3 Il rapporto S/V di una cellula, all’aumentare delle sue dimensioni, diminuisce μm μm μm μm μm 64 cellule di lato 5 μm S/V = 1,2 88 l = 10 μm l = 20 μm Scienza VIVA Il rapporto S/V di un volume totale, all’aumentare del numero delle cellule che lo occupano, cresce. te, compensa invece la sua maggior grandezza arricchendo la superficie esterna di increspature e proiezioni a forma di dito, i villi. In generale, se una cellula svolge una funzione che le richiede un’area di superficie maggiore di quella consentita dal suo volume, ricorre all’espediente di ripiegare più e più volte le proprie membrane. Le cellule dell’intestino, per esempio, per aumentare la propria superficie assorbente, si ripiegano in molti microvilli. Esse funzionano in modo simile a un asciugamano di spugna, che ottimizza la sua area di contatto con l’acqua e dunque la sua capacità di assorbimento, componendosi di centinaia di piccoli nodi. All’occorrenza, cellule più grandi della media possono presentare una forma non sferica, ma a seconda dei casi, isodiametrica, allungata, radiale. In questo modo, nonostante l’aumento di dimensioni, riescono a mantenere corta la via seguita dagli “alimenti” per diffondere sino alle parti più interne della cellula, e si avvantaggiano di una superficie interna più estesa di quella di una cellula sferica (fig. 8). Infatti queste forme, a parità di massa e volume, possiedono una superficie maggiore della sfera (fig. 9). L’ottimizzazione della superficie relativa caratterizza il vivente a tutti i livelli La tendenza a mantenere alto il rapporto superficie/volume si manifesta nei viventi a tutti gli ordini di grandezza: da quello macroscopico dell’organo a quelli microscopici del tessuto e della cellula a quello ultramicroscopico dell’organulo cellulare (fig. 10). Fig. 8 Forme di cellule che ottimizzano la superficie relativa meglio della sfera. cellula isodiametrica con molti prolungamenti citoplasma VACUOLO cellula con grande cavità interna piena d’acqua cellula allungata di dimensioni macroscopiche in una direzione e microscopiche nelle altre due. via che gli alimenti devono seguire per diffondere nelle parti più interne.
Fig. 9 Modi per aumentare la superficie di un solido a partire da una sfera, lasciando inalterati massa e volume. Forma ancora isodiametrica: l’aumento è ottenuto attraverso rientranze e sporgenze. Forma sferica, ma cava all’interno. VUOTO Superficie liscia, ma forma allungata prevalentemente in una direzione. Sfera massiccia isodiametrica: superficie liscia senza rientranze e sporgenze. Gli organismi nella loro interezza risolvono il problema delle loro grandi dimensioni attraverso l’organizzazione cellulare. Invece di formare grandi masse uniche suddividono il proprio organismo in più cellule. Niente fantascientifiche amebe giganti che fagocitano interi edifici, quindi, ma organismi fatti di tante più cellule quanto più sono grandi. In questo modo i viventi aumentano sia la loro superficie di contatto con l’esterno, sia la velocità di ingresso e di uscita delle sostanze dal loro corpo (fig. 11). Infatti, il movimento delle molecole è più veloce negli spazi intercellulari che all’interno della sostanza vivente. Fig. 11 La pluricellularità garantisce ai viventi una migliore interazione con l’ambiente esterno. ORGANISMO FORMATO DA UN’UNICA MASSA DI MATERIA VIVENTE 1 cm 0,5 mm 10 μm 1 μm livello macroscopico livello microscopico livello microscopico livello ultramicroscopico apitolo 4 La cellula: struttura e funzioni C Fig. 10 Tendenza dei viventi ad aumentare la superficie relativa a diversi ordini di grandezza. DIMENSIONI Molecole che entrano ed escono dall’organismo Superficie di contatto con l’esterno ORGANISMO SUDDIVISO IN CELLULE Foglia intera forma laminare con alto rapporto superficie/volume Sezione della foglia ampie superfici di cellule si affacciano su una rete di spazi intercellulari interni Cellula del tessuto fotosintetico la materia vivente non è uniforme, ma strutturata in organuli che appaiono nettamente delimitati. Organulo cellulare singolo (cloroplasto) contiene un complicato sistema di membrane interne alle quali è legata la clorofilla. 89
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