Wie klein ist eine Zelle?

Eine menschliche Leberzelle ist im Durchschnitt 25 µm breit, während die Riesenamöbe Chaos carolinense sich auf eine Länge von 1 mm strecken kann. Es gibt nicht die eine Zellgröße: Vertraute menschliche Zellen können mehrere Dutzend Mikrometer breit sein, während manche einzelligen Organismen so groß werden, dass sie wie bewegliche Punkte wirken.

Ein Mikrometer (µm) ist eine Längeneinheit, die für Zellen verwendet wird; ein Nanometer (nm) ist kleiner. Diese Einheiten machen es leichter, den Größenunterschied zwischen einer menschlichen Zelle, einem Bakterium und einer winzigen Struktur innerhalb einer Zelle nachzuvollziehen.

Eine menschliche Zelle kann fast so breit wie ein Haar sein

Ein menschliches Haar ist etwa 70 µm breit. Eine Wangenepithelzelle ist 60 µm breit, also fast so breit wie ein Haar, und etwa achtmal so breit wie ein rotes Blutkörperchen. Ein rotes Blutkörperchen ist 7.5 µm breit. Diese vertrauten menschlichen Zelltypen machen die Bedeutung von „mikroskopisch“ anschaulich: Die Wangenepithelzelle ist fast so breit wie ein Haar, während ein rotes Blutkörperchen deutlich schmaler ist.

Wangenepithelzellen sind flache, dünne Zellen aus der Auskleidung im Mundinneren. Durch ihre breite Form können sie eine Oberflächenschicht bilden, und sie lassen sich leicht mit einem Wangenabstrich entnehmen. Deshalb werden sie häufig für DNA-Extraktionsversuche im Unterricht verwendet. Die Probe stammt aus einem Körperbereich, den die meisten Menschen erreichen können, doch um die Zellen klar zu erkennen, braucht man ein Mikroskop.

Eine reife menschliche Fettzelle hat einen Durchmesser von 100 µm. Fast ihr gesamter Innenraum ist von einem einzigen großen Lipidtröpfchen ausgefüllt, das den Zellkern an den Rand drängt. Mit 100 µm ist sie etwa 1.7-mal so breit wie eine Wangenepithelzelle. Das große Tröpfchen verleiht der Zelle ihren charakteristischen Aufbau: Ein gespeicherter Vorrat füllt den größten Teil des Raums innerhalb ihrer äußeren Membran.

Ein Hepatozyt, also eine Leberzelle, ist im Durchschnitt 25 µm breit. Er ist kleiner als eine Wangenepithelzelle, aber etwa 3.3-mal so breit wie ein rotes Blutkörperchen. Hepatozyten machen etwa 80% der Lebermasse aus und erfüllen Hunderte von Stoffwechselfunktionen. Die Breite einer Zelle allein verrät nicht, welche Aufgaben sie übernimmt: Der kleinere Hepatozyt ist Teil eines Organs, das für viele Arten chemischer Aktivität zuständig ist.

Manche Einzeller sind viel größer

Chaos carolinense ist eine der größten bekannten Amöben und kann mit bloßem Auge wie ein beweglicher Punkt aussehen. Ausgestreckt ist sie 1 mm lang, also etwa doppelt so lang wie die Breite eines mittelgroßen Sandkorns. Ein Reiskorn ist etwa sechsmal so lang wie die ausgestreckte Amöbe. Die Umrisse der Amöbe verändern sich, während sie sich bewegt; ihre gemessene Länge bezieht sich daher auf ihre ausgestreckte Form.

Das rosafarbene Wimpertierchen Blepharisma japonicum ist 300 µm lang, also etwa 4.3-mal so breit wie ein menschliches Haar. Das entspricht auch etwa 40 Durchmessern roter Blutkörperchen. Das lichtempfindliche Pigment Blepharismin verleiht Blepharisma seine rosa Farbe und kann bei hellem Licht giftig sein. Eine so große Zelle ist ohne Vergrößerung immer noch nicht klar zu erkennen, aber sie ist um ein Vielfaches breiter als das Blutkörperchen, das dabei hilft, Sauerstoff durch deinen Körper zu transportieren.

Bakterien verkleinern die Skala auf wenige Mikrometer

Bakterien sind Zellen, aber viel kleiner als die menschlichen Zellen oben. Das stäbchenförmige Bakterium Shigella flexneri ist 2.5 µm lang. Ein rotes Blutkörperchen ist etwa dreimal so lang wie Shigella. Shigella kann mit einem spezialisierten Injektionssystem in menschliche Darmzellen eindringen. Seine geringe Größe hindert es nicht daran, direkt mit viel größeren Zellen zu interagieren.

Deinococcus radiodurans ist 2 µm breit. Es kann Strahlendosen überstehen, die Tausende Male höher sind als eine für Menschen tödliche Dosis, indem es zertrümmerte DNA schnell repariert. Ein rotes Blutkörperchen hat etwa den 3.8-fachen Durchmesser. Dieses Bakterium nimmt neben einem Blutkörperchen nur wenig Platz ein, doch sein Reparatursystem kann beschädigtes Erbgut wiederherstellen.

Das Meeres-Cyanobakterium Synechococcus ist im Durchschnitt 1 µm breit. Ein rotes Blutkörperchen ist etwa 7.5-mal so breit, und Synechococcus hat etwa den halben Durchmesser von Deinococcus radiodurans. Synechococcus ist einer der häufigsten photosynthetischen Organismen der Erde und trägt wesentlich zur globalen Sauerstoffproduktion bei. Seine Bedeutung reicht weit über seine winzige Gestalt hinaus: Diese Zellen tragen zur Photosynthese in den Ozeanen bei.

Viren sind kleiner als Zellen, aber keine Zellen

Zu den kleinsten bekannten Zellen zählt Mycoplasma genitalium, das etwa 0.3 mal 0.6 Mikrometer (öffnet sich in einem neuen Tab) misst. Noch kleinere Strukturen gibt es innerhalb von Zellen. Ein Lysosom ist ein von einer Membran umgebenes Organell mit Verdauungsenzymen, die Abfallstoffe und Zellreste abbauen; sein typischer Durchmesser beträgt 500 nm. Das ist etwa der halbe Durchmesser von Synechococcus. Ein Lysosom ist Teil einer Zelle und keine eigenständige Zelle.

Ein Lassa-Viruspartikel ist 100 nm breit, etwa ein Fünftel des Durchmessers eines Lysosoms. Viren können sich nicht selbstständig vermehren; sie nutzen dafür die Zellmaschinerie einer Wirtszelle. Dieser Unterschied ist auch auf dieser Größenskala wichtig: Ein Virus kann kleiner als eine Zelle sein, aber es kann sich nicht unabhängig vermehren.

Ein rotes Blutkörperchen ist etwa 75-mal so breit wie ein Lassa-Viruspartikel, doch das Virus braucht weiterhin eine Wirtszelle, um sich zu vermehren.