ทำไมเซลล์จึงโตไม่จำกัด?

คุณเคยสงสัยไหมว่า ทำไมในธรรมชาติจึงไม่มี "สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว" ขนาดใหญ่เท่าภูเขา? พื้นฐานทางวัตถุของกิจกรรมชีวิตบอกเราว่า ขนาดของเซลล์ถูกจำกัดอย่างเข้มงวดด้วยกฎทางฟิสิกส์และชีววิทยา เหตุผลหลักที่เซลล์โตไม่จำกัดนั้นอยู่ที่ข้อจำกัดของพื้นที่ผิวสัมพัทธ์ (อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร S/V)รวมถึงข้อจำกัดของความสามารถในการควบคุมไซโทพลาสซึมขนาดใหญ่ของนิวเคลียส

1. เส้นตายของประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนสาร

กิจกรรมชีวิตของเซลล์ไม่อาจขาดการจัดหาและการใช้พลังงาน เปรียบเสมือนโรงงานที่วุ่นวาย เซลล์ใช้การสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) เพื่อจับพลังงาน หรือปล่อยพลังงานผ่านการหายใจระดับเซลล์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการขนส่งสารข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ปริมาณมาก เมื่อปริมาตรของเซลล์เพิ่มขึ้น ปริมาตร (V) จะเพิ่มขึ้นแบบยกกำลังสาม ในขณะที่พื้นที่ผิว (S) เพิ่มขึ้นเพียงแบบยกกำลังสอง นั่นหมายความว่ายิ่งพื้นที่ผิวสัมพัทธ์น้อยลง ประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนสารระหว่างเซลล์กับภายนอก (เช่น การเข้าออกของ $H_2O$ กลูโคส และ $O_2$) ก็ยิ่งต่ำลง

2. ประสิทธิภาพการควบคุมของนิวเคลียส

นิวเคลียสคือ "สมอง" ของเซลล์ สารพันธุกรรมที่บรรจุอยู่ในนิวเคลียสหนึ่งๆ มีขีดจำกัด หากเซลล์มีปริมาตรใหญ่เกินไป เวลาที่ "คำสั่ง" จากนิวเคลียสส่งไปถึงขอบเซลล์จะยาวนานขึ้น ไม่สามารถควบคุมปฏิกิริยาชีวเคมีที่ซับซ้อนได้อย่างแม่นยำ เช่น ปฏิกิริยาที่เร่งด้วยเอนไซม์จำเพาะ และการเปลี่ยนรูปของ ATP กับ ADPดังนั้น การเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตจึงอาศัยกระบวนการที่เซลล์เพิ่มจำนวนผ่านการแบ่งเซลล์เป็นหลัก นั่นคือการเพิ่มจำนวนเซลล์ (cell proliferation)。