Размер клеток сильно варьируется между организмами и внутри них. Например, самые маленькие бактерии имеют диаметр 0,1 микрометра , что примерно в тысячу раз меньше, чем у многих эукариотических клеток. Большинство других бактерий больше, чем эти крошечные – между 1-10 мкм, но они по-прежнему, как правило, меньше, чем большинство эукариотических клеток, которые обычно варьируются от 10-100 мкм.
Больше не обязательно лучше, когда дело доходит до клеток. Например, клетки должны принимать питательные вещества и воду через диффузию. Плазменная мембрана, окружающая клетки, ограничивает скорость обмена этими материалами. Меньшие клетки, как правило, имеют более высокую площадь поверхности к соотношению объема, чем большие клетки. Это связано с тем, что изменения в объеме не являются линейными к изменениям в площади поверхности. Когда сфера увеличивается в размерах, объем увеличивается пропорционально кубу ее радиуса (r3), в то время как его площадь растет пропорционально только квадрату его радиуса (r2). Таким образом, меньшие клетки имеют относительно большую площадь поверхности по сравнению с их объемом, чем более крупные клетки той же формы. Большая площадь поверхности означает большую площадь плазменной мембраны, где материалы могут передаваться в клетку и из нее. Вещества также должны путешествовать в клетках. Таким образом, скорость диффузии может ограничить процессы в больших клетках.
Прокариоты часто малы и делятся, прежде чем они сталкиваются с ограничениями из-за размера клетки. Большие эукариотические клетки имеют органеллы, которые облегчают внутриклеточный транспорт. Кроме того, структурные изменения помогают преодолеть ограничения. Некоторые клетки, которые должны обмениваться большим количеством веществ с окружающей средой разработали длинные, тонкие экструзии, которые максимизируют площадь поверхности к соотношению объема. Примером таких структур являются корневые волосы растительных клеток, которые облегчают потребление воды и питательных веществ. Таким образом, размер клетки и площадь поверхности к объему являются решающими факторами в эволюции клеточных характеристик.
