Насколько мала клетка?

Клетка печени человека (гепатоцит) в среднем имеет ширину 25 µm, а гигантская амёба Chaos carolinense может вытягиваться до 1 mm в длину. Единого размера клетки не существует: знакомые нам клетки человека могут иметь ширину в десятки микрометров, а некоторые одноклеточные организмы вырастают настолько, что их можно заметить невооружённым глазом как движущиеся точки.

Микрометр (µm) — единица длины, которую используют для измерения клеток; нанометр (nm) ещё меньше. С этими единицами проще проследить переход от клетки человека к бактерии, а затем — к крошечной структуре внутри клетки.

Клетка человека может быть почти такой же ширины, как волос

Ширина человеческого волоса составляет около 70 µm. Клетка щеки имеет ширину 60 µm — почти как волос — и примерно равна по ширине восьми эритроцитам. Ширина эритроцита — 7.5 µm. Эти знакомые типы клеток помогают представить себе, что значит «микроскопический»: клетка щеки почти такой же ширины, как волос, а эритроцит намного уже.

Клетки щеки — это плоские клетки плоского эпителия, выстилающего ротовую полость изнутри. Благодаря широкой форме они образуют выстилку, а собрать их легко с помощью мазка с внутренней стороны щеки. Поэтому их часто используют в школьных опытах по выделению ДНК. Образец берут из части тела, до которой большинство людей легко может дотянуться, но чтобы хорошо рассмотреть сами клетки, нужен микроскоп.

Диаметр зрелого человеческого адипоцита, или жировой клетки, составляет 100 µm. Почти всё её внутреннее пространство занимает одна крупная капля липидов, оттесняющая ядро к краю. При размере 100 µm она примерно в 1.7 раза шире клетки щеки. Крупная капля придаёт этой клетке характерное строение: запас вещества занимает большую часть пространства внутри наружной мембраны.

Гепатоцит, то есть клетка печени, в среднем имеет ширину 25 µm. Он меньше клетки щеки, но по ширине равен примерно 3.3 диаметра эритроцита. Гепатоциты составляют около 80% массы печени и выполняют сотни метаболических функций. Одна лишь ширина клетки не говорит о том, какую работу она выполняет: меньший по размеру гепатоцит входит в состав органа, отвечающего за множество видов химической активности.

Некоторые одноклеточные организмы гораздо крупнее

Chaos carolinense — одна из самых крупных известных амёб; невооружённым глазом она может выглядеть как движущаяся точка. В вытянутом состоянии её длина составляет 1 mm — примерно вдвое больше ширины песчинки среднего размера. Рисовое зерно примерно в шесть раз длиннее вытянутой амёбы. Очертания амёбы меняются во время движения, поэтому её длина указана для вытянутой формы.

Розовая инфузория Blepharisma japonicum имеет длину 300 µm — примерно как 4.3 ширины человеческого волоса. Это также около 40 диаметров эритроцита. Светочувствительный пигмент блефаризмин придаёт Blepharisma розовый цвет и может быть токсичным при ярком свете. Такая крупная клетка всё равно слишком мала, чтобы хорошо видеть её без увеличения, но она во много раз шире эритроцита, который помогает переносить кислород по организму.

Бактерии уменьшают масштаб до нескольких микрометров

Бактерии — это клетки, но они намного меньше рассмотренных выше клеток человека. Палочковидная бактерия Shigella flexneri имеет длину 2.5 µm. По длине в одном эритроците помещается около трёх Shigella. Shigella может проникать в клетки кишечника человека с помощью специализированной системы впрыскивания. Малый размер не мешает ей напрямую взаимодействовать с гораздо более крупными клетками.

Ширина Deinococcus radiodurans составляет 2 µm. Эта бактерия может переживать дозы радиации, в тысячи раз превышающие смертельные для человека, быстро восстанавливая повреждённую ДНК. Диаметр эритроцита примерно в 3.8 раза больше. Рядом с эритроцитом эта бактерия занимает совсем мало места, но её система восстановления способна чинить повреждённый генетический материал.

Морская цианобактерия Synechococcus в среднем имеет ширину 1 µm. Эритроцит примерно в 7.5 раза шире, а Synechococcus примерно вдвое меньше по диаметру, чем Deinococcus radiodurans. Synechococcus — один из самых распространённых фотосинтезирующих организмов на Земле и вносит значительный вклад в мировое производство кислорода. Её роль куда масштабнее её крошечных размеров: эти клетки помогают обеспечивать фотосинтез в океанах.

Вирусы меньше клеток, но сами клетками не являются

Одна из самых маленьких известных клеток — Mycoplasma genitalium, её размер составляет около 0.3 на 0.6 микрометра (откроется в новой вкладке). Внутри клеток есть и структуры поменьше. Лизосома — ограниченная мембраной органелла с пищеварительными ферментами, которые расщепляют отходы и клеточные остатки; её типичный диаметр — 500 nm. Это примерно половина диаметра Synechococcus. Лизосома — часть клетки, а не самостоятельная клетка.

Частица вируса Ласса имеет ширину 100 nm — примерно одну пятую диаметра лизосомы. Вирусы не могут размножаться самостоятельно: они используют клеточный аппарат клетки-хозяина. Это различие важно и в таком масштабе: вирус может быть меньше клетки, но самостоятельно размножаться не способен.

По длине одного эритроцита укладывается около 75 диаметров вируса Ласса, но для размножения вирусу всё равно нужна клетка-хозяин.