Laboratorium biologicznego IB

Dlaczego organizmy jednokomórkowe są takie małe? Czy stosunek powierzchni do objętości komórki ma na to jakiś wpływ? Na te pytania odpowiedzi szukali uczniowie klasy 3e IB, badając procent odbarwiania zabarwionych fenyloftaleiną kostek agarowych w środowisku kwaśnym.

Organizmy jednokomórkowe są małe, ponieważ ich funkcjonowanie opiera się na efektywnym transporcie substancji przez błonę komórkową. Kluczowym czynnikiem, który ogranicza ich rozmiar, jest stosunek powierzchni do objętości. Wraz ze wzrostem rozmiaru komórki, jej objętość rośnie szybciej niż powierzchnia, co oznacza, iż powierzchnia błony staje się niewystarczająca do efektywnego wymieniania substancji z otoczeniem – takich jak składniki odżywcze, tlen czy produkty metabolizmu.

Uczniowie klasy 3e IB postanowili zbadać to zjawisko, przeprowadzając eksperyment z użyciem kostek agarowych zabarwionych fenyoloftaleiną, które umieszczono w środowisku kwaśnym. Zmiana koloru kostek (wynikająca z neutralizacji zasadowego barwnika w kontakcie z kwasem) była miarą transportu substancji przez powierzchnię „komórki”. Obserwując różne rozmiary kostek, mogli analizować, jak stosunek powierzchni do objętości wpływa na tempo wymiany substancji.

Zauważyli, iż mniejsze kostki (o większym stosunku powierzchni do objętości) odbarwiały się szybciej i w większym stopniu niż większe. Wyniki te podkreślają, iż transport w komórkach jest bardziej efektywny, gdy komórka ma małe rozmiary. Ogranicza to możliwość wzrostu organizmów jednokomórkowych i sprawia, iż większe organizmy muszą być wielokomórkowe, by móc utrzymać efektywny metabolizm.

To doświadczenie pozwoliło również na wyciągnięcie wniosków dotyczących mechanizmów transportu w komórkach, takich jak dyfuzja, oraz znaczenia kompartmentalizacji w większych organizmach. W ten sposób uczniowie połączyli teorię z praktyką, rozumiejąc, jak fundamentalne procesy biologiczne wpływają na organizację życia na poziomie komórkowym.