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1.细胞的体积

◆地球上的生物多种多样,形态各不相同,大小也差距甚远。生物体内的细胞也是如此,不同种类的细胞形态各异,大小不一。

按细胞平均直径粗略计算,最小的支原体细胞的直径比最小的非细胞病毒大10倍,细菌细胞比支原体细胞大10倍,而多数动植物细胞又比细菌大10多倍,一些原生动物的细胞比一般动植物细胞大十倍,当然也会有很多例外。

高等动植物组织中的细胞大小,多数处于一个很狭窄的范围,其直径为20~30μm

神经细胞一般是多分枝的,有些神经元细胞可长达1m,但其胞体直径不超过100μm人体血液中白细胞的直径有7~20μm,红细胞的直径也有6-9μm

植物细胞在分裂后,随着细胞的发育和分化,有一个明显的细胞体积增长的过程,分生组织的细胞较小,而分化以后的细胞较大。

2.细胞的体积守恒定律

当我们分析高等动植物细胞的大小时,我们可以发现这样的规律,即不论物种的差异有多大,同一器官或组织的细胞,其大小总是在一个恒定的范围内。大象与小鼠的体形大小相差十分悬殊,但大象与小鼠相应器官或组织的同类细胞,其大小却没有明显的差异。

所以,器官的大小,主要取决于构成器官或组织的细胞的数量,与细胞的数量成正比,而与细胞的大小无关。这种关系有人称之为“细胞的体积守恒定律”。

细胞的形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞的共同特点,这一点在分化程度较高的细胞中体现的更为明显,这是生物体漫长进化过程的产物。从进化的观点看,是有一定合理性的。

首先以哺乳动物红细胞为例来分析一下。红细胞呈中间凹陷的圆饼形,体积很小,是一种非常特化的细胞。哺乳动物的红细胞内没有细胞核,也没有其他重要的细胞器,主要是由细胞质膜包被着血红蛋白。这些特点都与红细胞交换氧气和二氧化碳的功能密切相关。

细胞体积小,非常有利于在血管内的快速运行。另外,体积小则相对表面积大,有利于提高气体交换效率。细胞内主要是血红蛋白,有助于结合更多的氧气和二氧化碳。因此,红细胞的形态和结构装置与其交换气体的功能之间的关系是非常合理的。

3.细胞的结构与功能的关系

神经细胞胞体的大小差异很大,小的直径仅56μm,大的可达100μm以上。细胞突起的形态、数量和长短也很不相同。树突多呈树状分支,它可接受刺激并将冲动传向胞体。

雄性生殖细胞与雌性生殖细胞经过分化与发育,形成了非常特化的细胞,他们的结构装置几乎简化到仅仅有利于完成受精过程及保证卵裂。精子除了携带一套完整的单倍体基因组外,其他结构装置主要是为了保证精子的运动和进入卵内,即后端有能动的鞭毛,前端有有助于进入卵的顶体。

卵细胞则相反,为了保证受精后的卵裂与早期胚胎发育,它必须在细胞质内预先储存大量的mRNA、蛋白质和其他丰富的养料,致使细胞体积骤增。

但是,卵细胞核的体积并没有明显变化。

大多数动物与植物细胞都是严格遵循结构和功能相一致这一规律的,即细胞结构与功能的统一。细胞功能的多样性要求有不同形态结构的细胞作为基础,这样就形成了千姿百态的细胞世界。