老鼠心肌细胞和大象的心肌细胞谁的更大

一样大

我们都知道，生物的基本组成要素是细胞，再由细胞形成组织和器官，由器官组成系统，从而完成各种生理功能。既然大象比老鼠的体重要重约10万倍，那么，它们身体和器官的组成要素——细胞也许会有较大的差异，当然是大象的细胞大，而老鼠的细胞小。

如果以此来推断，就有点想当然了。其实，大象的细胞与老鼠的细胞都差不多一样大，细胞的直径一般为10微米。不仅如此，各种动物的各种细胞大小也都基本一致，即大象的心脏细胞与老鼠的心脏细胞差不多一样大，大象的大脑细胞也与小鼠的大脑细胞差不多一样大。这是为什么?

大象之所以大，是因为细胞特别多；老鼠特别小是因为细胞特别少。不过，这也不能深入解答为何大象和老鼠的细胞都一样大，以及所有哺乳动物的细胞都一样大的问题。由此，也引出了一个重要问题，细胞的大小由什么决定?

要回答这个问题，就要从细胞的组成谈起。人体约有1亿个细胞，如同其他动物的细胞一样，每个细胞都有一个细胞核(DNA)，其中包含了遗传信息，这是最重要的，因为只有细胞核中的遗传信息才能让每种生物繁衍和世代相传。而且，每个细胞的细胞核中的遗传信息都是一样的。如此看来，生物包括人的遗传信息就是在大量的细胞中大量地重复。那么，动物为何要选择如此繁复的方式把遗传信息传递下去呢?

假如换一种方式，比如，每个人就是一个大细胞，只含有一个细胞核，再由细胞核中的遗传信息产生核糖核酸(RNA)，后者是蛋白质的设计图，再把这种设计图运送到全身各处，各处的组织按RNA的蓝图来生产蛋白质。如果这样，生物就需要有一个巨大的畅通的输送系统。但是，RNA是不能靠扩散来运输的，因为，即使是像酶那样比RNA还小的分子通过扩散的输送最大距离也只有1～2厘米。而像RNA这样的大分子的扩散系数只有氧的1／100，所以最大的扩散距离也只有几十微米。

显而易见，要把遗传信息和加工程序输送到全身，生物就必须要有庞大的运输系统，这显然会让生物不堪重负。于是，生物就选择了另一种方式，通过在全身各个角落都拥有大量的DNA，再由DNA产生RNA来完成遗传信息的复制和传递。但是，光有DNA是不行的，因为裸露的DNA容易受到破坏，因此还必须把DNA装在一个类似袋子的器具中，这个器具就是细胞。

那么，细胞为了完成各种功能，它的大小就没有太多的选择余地。美国杜克大学的研究人员通过模型算出了组成细胞的各种物质的比例。细胞是由细胞膜、细胞质和细胞核组成。细胞是一个球状，如果细胞核DNA制作的信息(RNA和其他信息)需要输送，一般是呈放射状扩散。因此包围细胞核的细胞质如果不持续地接受一定量的信息，就不能存活。通过这种关系，研究人员计算出，细胞质内的总信息量要与细胞直径的5次方成正比。

另一方面，细胞核产生信息的能力也要与核的体积成正比，也即与细胞的体积成正比。经过计算，发现细胞核信息的产生量应当与细胞直径的3次方成正比。因此，细胞的信息生产能力和扩散速度之间就有一种供需平衡的关系。如果细胞的直径增大了一些，细胞体积也增加了，则细胞核的信息生产能力就会供不应求；如果细胞的直径减小了一些，细胞体积也会缩小，则细胞核生产的信息就会供大于求，造成浪费。

所以，细胞的大小是由细胞核的信息生产能力和扩散速度决定的，这就决定了细胞的直径一般为10微米。这也就是为何大象和老鼠的细胞大小基本一致的原因。大象之所以大是因其器官大，而器官的大是由细胞的数量来决定，与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关。所以，这种现象也称为“细胞体积的守恒定律”。

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