なぜ細胞はあんなに小さいのか？生物学的な「最適化」の謎に迫る

生物学において、なぜ細胞は大きくならず、小さなサイズを維持しているのでしょうか？これには明確な物理的・生物学的な理由があります。最大の理由は「表面積対体積比（surface area-to-volume ratio）」です。細胞が大きくなると、内部の体積は表面積よりもはるかに速いスピードで増加します。細胞は栄養の取り込みや老廃物の排出を細胞膜という「表面」を通じて行っているため、サイズが大きくなりすぎると必要な物資の供給が追いつかず、生命活動を維持できなくなってしまうのです。つまり、細胞が小さいのは代謝効率を最大化するための進化の結果と言えます。

全部そうってわけじゃないでしょ？最大級の真核生物：https://en.wikipedia.org/wiki/Valonia_ventricosa 最大級の原核生物：https://en.wikipedia.org/wiki/Thiomargarita_namibiensis

別の答えとしては、「そうとは限らない」だね。少なくとも一部の植物ではそうだよ。https://en.wikipedia.org/wiki/Valonia_ventricosa https://en.wikipedia.org/wiki/Acetabularia

細胞は小さいって？何と比べて？ダチョウの卵だって単一の細胞だけど。

単純な答えとしては、進化がそれぞれの機能を果たすのに最適なサイズに細胞を最適化したってこと。

それだね。たぶんそれが一番しっくりくるし、正解なんだろう。

細かいツッコミになっちゃうけど、卵細胞が一番大きい細胞ってのは違う気がする。どう考えてもニューロン（神経細胞）のほうが上でしょ。例えば足にある感覚ニューロンなら身長と同じくらいの長さがあるし、すごく細いとはいえ、体積で言えば卵細胞より上のはず。

これに関連して、この論文を思い出したよ：https://www.pnas.org/doi/pdf/10.1073/pnas.1115585109 「代謝リソースをすべて維持のために費やすことが、最小の原核生物と最大の単細胞真核生物のサイズを制限している。一方で、増え続ける生合成レートに対応できないことが、最大の原核生物と最小の単細胞真核生物を制限している。より大型の真核生物における代謝の制約は、別の繁殖戦略や多細胞化によって緩和されている」

これを思い出した：「重力は細胞を小さく保つ役割を担っている」[0] [0] https://www.princeton.edu/news/2013/10/24/gravity-plays-role-keeping-cells-small

最近趣味で顕微鏡を始めたんだけど、微生物の相対的な大きさを比べるのって本当に面白いよね。クマムシみたいに、一部の単細胞生物より小さい多細胞動物だっているくらいだし。単細胞生物が多細胞動物を捕食して食べることだってあるんだぜ。

シミュレーション内で分子の総量を一定に保つことには、何らかの正当な理由が必要な気がする。もし単位面積あたりの平均分子数が同じだったら、どんな見た目になるんだろう？

もしかして神様も小さいのかな？