כל צרכי התא תלויים במעבר חומרים דרך הקרום אל תוך התא ולהיפך.

שטח הפנים של התא – זהו שטח פני הקרום החיצוני העוטף את התא, דרכו מתבצע מעבר החומרים פנימה והחוצה.  נפח התא – כולל את כל מה שבתוך התא.

מעבר יעיל של חומרים אל התא ומחוצה לו אינו פונקציה של נפח התא אלא של שטח הפנים. אם השטח קטן לעומת הנפח, מעבר זה לא יתבצע בצורה תקינה. לכן, אחד הגורמים החשובים לתפקוד תקין של תאים הוא היחס בין שטח הפנים לנפח  התא.

כאשר תא גדל, בלי שצורתו תשתנה, הנפח שלו גדל פי 3 ואילו השטח גדל פי 2.  (שטח = X², נפח = ³X).

כאשר נפח התא גדול מידי, היחס בין שטח הפנים לנפח קטן מידי – זאת אומרת שטח הקרום אינו מספיק כדי לאפשר כניסה טובה של חמצן וחומרים אחרים ויציאה של חומרי פסולת בקצב הדרוש לתא.

ככל שהתא קטן יותר, היחס בין שטח הפנים (שטח הקרום) שלו לבין נפחו גדול יותר.

ככל שהתא גדול יותר, היחס בין שטח הפנים לנפח קטן יותר.

נמצא כי מימדי התא צריכים להיות קטנים ממילימטר על מנת שהיחס בין שטח הפנים לנפח יהיה גדול מספיק.

ההיבט הזה של התא קשור באקולוגיה מכיוון שבטבע חיים אורגניזמים שונים- מיצורי ענק ועד חיידקים מיקרוסקופיים, בשלל צבעים ובצורות שונות. אולם בתוך כל המגוון העצום, אנו נאלצים בעל כורחנו להודות בקיומה של חוקיות כלשהי.

חיות הן עצמים פיזיים. הן מעוצבות בצורה האופטימלית על ידי הברירה הטבעית.   לכן, כל אחת מהן עתידה למצוא לעצמה את מבנה הגוף שיהלום אותה ביותר.

בעיה ראשונה היא היחס בין שטח לנפח. כשחיה גדֶלה בלי שצורתה תשתנה, הנפח שלה גדל פי 3 ואילו השטח גדל פי שתיים.  דיס-פרופורציה כזאת יכולה להוביל לצרות.  מעבר של מזון  מעוכל לגוף אינו פונקציה של נפח אלא של שטח. כך גם ספיגת החמצן בדרכי הנשימה. אם  השטח קטן לעומת הנפח, פעולות אלו לא יבוצעו כהלכה. אצל היונקים, כמו האדם, נפתרה בעיה זאת בצורה פשוטה.  המזון והחמצן אינם מועברים ישירות לגוף דרך העור, אלא דרך איברים פנימיים. איברים מפותלים אלו מספקים את השטח הדרוש לקליטת החומרים.  זהו תפקידן של הריאות והמעי.

בחיות נחותות יותר לא התפתחו איברים פנימיים. שם היה צורך למצוא פיתרון אחר לחוסר ההתאמה בין שטח לנפח.  גופה של תולעת הערקה, סוג טפיל, בנוי כך שרוחבה הוא פחות מסנטימטר, אך אורכה עולה על ארבעים סנטימטרים. כך שהנפח והשטח דומים בגודלם.

בחרקים אחרים, מתעקם צידו החיצוני של הגוף כך שיגדל שטח הספיגה. ההתעקמויות שיידרשו אם מעטפת גוף החרק תיגדל – יהיו בלתי אפשריות ממש. כך נדונו חרקים אלו להישאר בגודלם הנוכחי.

חזרה אל העמוד הראשי: סיכומים לבגרות בביולוגיה \ התא