세포가 살아가는 법; 첫번째, 세포의 크기는 왜 작은가

[Jesik]

 

세포가 살아가는 법

하나 : 세포의 크기는 왜 작은가? 

모든 생명체는 크고 작건 간에 모두 세포로 이루어져 있다.  단 세포로 이루어지는 원생생물 아메바에서 약 75 조개의 세포로 이루어지는 인간의 몸에 이르기 까지 세포는 생명체를 이루는 최소 생명단위이다.  모든 생명체가 가지는 특성인 탄생, 성장, 소멸의 과정을 세포역시 가지고 있다.  세포역시 환경과 끊임없이 교류하면서 자신의 삶을 유지하기 위하여 노력한다.  이러한 세포의 모습 하나 하나는 우리 인간 개개인의 모습을 많이 닮았다.

생물학의 오랜 숙제중의 하나였던 것은 세포의 크기에 대한 것 이었다.  눈에 보일까 말까하는 작은 벌레에서 큰 코끼리에 이르기 까지 그들을 구성하는 개별 세포들은 그 크기에서 별 차이를 보이지 않는다.  일반적으로 동물 세포에 비하여 식물 세포가 물을 많이 함유하고 있는 관계로 크며, 세포의 종류는 그것이 어떤 조직을 구성 하느냐에 따라서 대략 200 종에 이르고 있으나 대부분의 세포들은 성세포들을 제외하고는 머리카락 굵기 정도의 크기에서 크게 다르지 않다.  그렇다면 그 이유는 무엇일까?

세포의 크기가 더 이상 커지지 않고 어느 선에서 제한되는 현상을 생물학자들은  세포의 표면적에 대한 체적 비, Surface to Volume Ratio; S/V 비, 의 최적화 모델을 통하여 설명한다. 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.

세포의 형태를 정육면체라고 생각하여 그 크기에 따른 정육면체의 표면적과 체적을 구하여 그 비를 구해 보는 것이다.  길이가 1cm 인 정육면제의 표면적은 한 면이 1 제곱센티미터이고 총 6 개의 면이 있으므로 전체 면적은 6 이된다.  또 체적(가로x 세로 x 높이)은 1  세 제곱 센티미터이다.  이 경우 표면적과 체적의 비는 6:1 이 된다.  같은 방법으로 길이가 커지는 경우를 계산 해 보면 다음과 같다.

길이            표면적                  체적                    표면적대 체적비(S/V)

  1             1x1x6 = 6             1x1x1 = 1               6:1  = 6

  2             2x2x6 = 24           2x2x2 = 8               24:8 = 3

  3             54                     27                             2

  4             96                     64                            1.5

  5            150                    125                            1.2

계산결과를 보면 크기가 커질수록 그 비는 작아지는 것을 알 수 있다.  반대로 크기가 일보다 작아지게 되면 그 비가 매우 커지게 될 것이다.  결국 S/V 비가 크다는 말은 그만큼 세포의 크기가 작다는 것을 의미한다.

세포에게 있어서 이 비는 무엇을 의미 할까?  세포를 둘러싸고 있는 환경은 물을 포함한 유체들이다.  세포의 표면적은 곧 주위 환경과 접해 있는 면을 의미하고 세포의 체적은 세포를 구성하는 내부 공간의 크기를 의미한다.  곧 체적은 세포 자신을 의미하는 말이기도 하다. 

세포를 구성하는 것은 세포를 주위와 구별시켜주는 세포막, 미토콘드리아, 핵등 몇 가지가 있으며 미토콘드리아는 에너지를 만들어내는 공장이고 핵 내부에는 유전 정보를 포함하고 있는 DNA를 가지고 있다.  세포는 이들을 가지고 환경에 능동적으로 반응 하면서 생명활동에 필요한 에너지를 끊임없이 만들어내고 주위의 세포들과 결합하여 보다 큰 조직의 구성원으로서 조직 고유의 역할을 담당하게 된다. 

세포의 표면적은 대사활동에 필요한 에너지원을 받아들이고 내부에서 이를 가공해서 생명활동에 필용한 에너지를 다시 세포막을 통해서 다른 조직으로 전달하게 된다.  만약 표면적이 필요이상으로 크게 되면 세포의 크기가 너무 작아지고 따라서 세포 몸이 너무 작아져서 내부 활동에 제약을 받게 된다.  반대로 세포의 크기가 너무 커지게 되면 할 수 있는 일에 비하여 외부로부터 공급되는 물질이 제한되어 세포내의 공장이  일부 쉬게 된다.

결국 S/V 비가 어느 선에서 제한된다는 의미는 세포가 그 환경과의 관계에서 자신의 공장을 최대한 돌릴 수 있는, 최대 효율성을 세포가 가질 수 있도록 결정되는 것을 의미한다.  이러한 이유로 세포는 그 크기를 키우지 않는다.  크기를 키우는 대신 자신과 같은 크기의 세포를 필요한 만큼 복제를 하는 것이다. 

최소 생명체인 세포가 그 환경에 자연적으로, 혹은 본능적으로 적응하는 방법은 내게 시사하는바 크다.  의식도 없고 말도 못하고 움직임도 매우 제한적인 이 세포들이 자신의 능력에 맞추어 할 수 있는 일을 최대한 할 수 있도록 자신을 효율화 시키는 그 능력, 그 생명 본능이 나의 몸 구석구석을 이루고 나를 이루는 생명단위라는 그 사실이 참 경이롭다.  세포의 환경에 대한 그 대응을 조금은 닮고 싶다. 

[이화자]

잘읽었다오~

[김 채문]

인체는 생리학적으로 기본 4가지 기능을 가지고 살아간다. 1-세포의 생명유지기능, 2- 전체적인 생명유지 기능, 3-항상유지기능, 4-적응의 기능.... 전공인데.. 나보다 낮구나..^^;;;; 명적에 관해 잘 몰랐는데 글 잘 읽었다.