نسبة مساحة السطح إلى الحجم
| English | العربية |
|---|---|
| volume/ˈvɒljuːm/ | الحجم |
| surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ | مساحة السطح |
| agar/ˈeɪɡɑː/ | agar |
| dialysis tubing/daɪˈæləsɪs ˈtjuːbɪŋ/ | dialysis tubing |
| exchange surface/eksˈtʃeɪndʒ ˈsɜːfɪs/ | exchange surface |
لماذا تبقى الخلايا صغيرة
- تستقبل الخلية الغذاء والأكسجين وتزيل الفضلات عبر سطحها.
- ولكن مع النمو، يزداد حجمها أسرع من مساحتها السطحية.
- لذا تواجه الخلايا الكبيرة صعوبة في تزويد داخلها بسرعة كافية.
ينخفض المعدل مع زيادة الحجم
لمكعب ضلعه $L$:
- كلما كان $L$ أكبر، كانت النسبة أصغر.
الانتشار عبر السطح
الجسيمات تتناثر تلقائياً من المناطق المزدحمة إلى الفارغة. الخلية الصغيرة لها نسبة مساحة سطح إلى حجم كبيرة، لذا تنتشر المواد داخلها وخارجها بسرعة كافية.
مع كبر حجم الخلية، فإن نسبتها لمساحة السطح إلى الحجم:
الحجم (L³) ينمو أسرع من مساحة السطح (6L²)، لذا تنخفض النسبة 6/L مع ازدياد L.
مكعب له طول ضلع 2. باستخدام النسبة = 6/L، ما هي نسبته لمساحة السطح إلى الحجم؟
النسبة = 6 / L = 6 / 2 = 3 (أي 3 : 1).
مكعب له طول ضلع 3. باستخدام النسبة = 6/L، ما هي نسبته لمساحة السطح إلى الحجم؟
النسبة = 6 / L = 6 / 3 = 2 (أي 2 : 1) — أصغر من مكعب الضلع 2، لأنه أكبر حجماً.
رتب هذه المكعبات حسب نسبتها لمساحة السطح إلى الحجم، من الأكبر أولاً.
أصغر مكعب له أكبر نسبة؛ مع زيادة الطول، تنخفض 6/L.
أهمية ذلك
- نسبة مساحة سطح إلى حجم كبيرة = تبادل سريع. لذلك الخلايا الصغيرة والأشكال الرقيقة والمفلطحة تتبادل المواد بسرعة.
- لا تستطيع الخلايا الكبيرة الاعتماد على الانتشار وحده — بل تحتاج أنظمة نقل.
- يمكن إثبات ذلك بمكعبات agar بأحجام مختلفة مغموسة في صبغة: أصغر مكعب (أكبر نسبة) يتغير لونه بالكامل أسرع. (يدرس الانتشار عبر مواد غير حية باستخدام أنابيب透析 dialysis tubing.)
مساحة السطح : الحجم
كبير المكعب: حجمه ينمو أسرع من سطحه، فتقل نسبة SA:V — وهذا سبب بقاء أسطح التبادل والخلايا صغيرة.
لماذا تتبادل الخلايا الصغيرة والأشكال الرقيقة المسطحة المواد بسرعة؟
النسبة الكبيرة تعني سطحاً كبيراً لكل وحدة حجم، لذا يكون التبادل بالانتشار سريعاً.
تتبادل الخلايا الصغيرة المواد بسرعة لأنها تمتلك نسبة ______ لمساحة السطح إلى الحجم.
النسبة الكبيرة توفر سطحاً وفيراً لكل وحدة حجم، لذا يزود الانتشار الخلية بأكملها بسرعة.
في تجربة كتل الهلام، أي كتلة يتغير لونها بالكامل أسرع؟
أصغر كتلة لها أكبر نسبة، لذا ينتشر الصبغة/الحمض إلى مركزها بأسرع معدل.
أسطح التبادل تحل المشكلة
- الكائنات الكبيرة لا يمكنها الاعتماد على سطحها الصغير، فتتطور لديها أسطح تبادل متخصصة (رئتين، خياشيم، شعيرات جذرية، زغابات).
- تمنح هذه مساحات سطحية هائلة، جدران رقيقة، وإمداداً دموياً جيداً للتبادل السريع.
الكائن الأكبر حجماً له نسبة مساحة سطح إلى حجم أصغر. ولهذا تفقد الفأرة الحرارة بسرعة بينما لا تفقد الحوت، ولماذا تحتاج الكائنات الكبيرة أنظمة تبادل ونقل لا تحتاجها الخلايا المفردة.
لقد فهمت الأمر
- الحجم يزداد أسرع من السطح → الكبير يعني نسبة أصغر.
- مكعب: $\text{SA}=6L^2$، $V=L^3$، نسبة $=\dfrac{6}{L}$.
- نسبة كبيرة = تبادل سريع → الخلايا الصغيرة والأشكال الرقيقة والمفلطحة هي الأفضل.
- تجربة مكعبات agar: أصغر مكعب يتصبغ بالكامل أسرع.