Hücreler Neden Bu Kadar Küçüktür? Küçük Olmak Zorundalar mı?

En başından söyleyelim: Bilmiyoruz. Şu anda hücrelerin neden bu kadar küçük olduğunun nihai nedeni tam olarak bilinmemektedir. Ancak bilimsel bilgilerimizden yola çıkarak bazı mantıklı çıkarımlarda bulunabiliriz. Dahası, hücreler üzerinde araştırmalar yürüten bilim insanlarının fikirlerinden bilgiler süzerek genel bir cevap çıkarabiliriz. Gelin, hep birlikte bunu yapalım:

Eğer ki hücreyle ilgili ders kitaplarına bakacak olursanız, hemen hemen hepsi aynı genel fikirde uzlaşacaktır: Hücreler, yüksek alan-hacim oranına sahip olmak zorundadır. Yani hücre yüzeylerinin toplam alanlarının, hücrenin toplam hacmine oranı olabildiğince büyük olmalıdır. Neden? Çünkü bu oran ne kadar büyük olursa, yapı o kadar verimli bir şekilde dış dünyayla madde alışverişinde bulunabilir. Bunu başarabilmek de hücreler çok önemlidir; çünkü etrafıyla alışverişte bulunmayan hücreler hayatta kalamayacaktır. Bunu başarabilmenin de en kolay yolu, olabildiğince küçük olmaktır. Küresel bir cisim ne kadar küçük olursa, alan-yüzey oranı o kadar artacaktır. 

Ancak bu sorumuza tam bir cevap vermeye yetmemektedir. Çünkü hücrelerin boyları geniş bir yelpazede değişmektedir. Bazıları ufacıktır (örneğin bir mikoplazma hücresi 0.0001 mm boyutundadır), bazıları ise devasadır (örneğin yumurtanın sarısı tek bir hücredir). Bakteriler, hayvan hücrelerine göre çok küçüktür. Dahası, madde alışverişinin sınırlandırıcılığı da soru işaretidir; zira bitkiler hücrelerinin etrafını bir zırhla kaplamışlardır ve bu, madde alışverişi önünde dikkate değer bir engeldir. Eğer ki evrimsel süreçte hücreler sadece madde alışverişi dolayısıyla küçülecek olsaydı, hayvan hücreleri de bakteri hücreleri kadar küçük olurdu (ancak değildir). Benzer şekilde, hayvan hücreleri bitki hücrelerine göre çok daha büyük olurdu (ama değildir).

Hücre boyutlarının evrimsel süreçteki en uygun değerini belirleyen bir diğer mekanizmanın difüzyon hızı olduğu ileri sürülmüştür. Çok büyük bir hücrenin bir ucundan diğer ucuna maddenin taşınması çok uzun sürerdi. Ancak bu yaklaşım, hücrenin içine yönelik algılarla ilgili çok büyük bir hatayı yansıtmaktadır: Hücre içerisinde "şeyler" oradan buraya rastgele süzülmezler. Öyle ki, hücre içerisindeki neredeyse hiçbir süreç difüzyon hızı ile sınırlı değildir. Hücre içerisindeki "şeyler", oradan buraya taşınırlar, süzülmezler. Ayrıca büyük hücreler genel olarak yavaş iletimli olmak zorunda değildir! Tek bir nöron hücresi birkaç metre uzunlukta olabilir ve halen vücudumuzdaki en hızlı iletimin yaşandığı hücrelerden birisidir. Dolayısıyla genel olarak diyebiliriz ki, hücre içerisindeki mesafelerle ilgili sorunlar evrimsel süreçte aşılabilmektedir. 

Bu durumda belki farklı bir perspektiften yaklaşmak mümkün olabilir: Hücreler küçüktür, çünkü hücre zarları çok zayıf yapılıdır diyebiliriz. Eğer ki hücre aşırı büyü olursa, hücre kendi bütünlüğünü koruyamayacaktır. Canlılığın tanımları arasında yapısal bütünlüğünü koruyabilmek bulunduğu için, yapısal bütünlüğünü koruyamayan bu hücreler canlılıklarını yitirirlerdi. Hücre zarının zayıflığı ile hücre boyutlarının ilişkili olması, bakteri hücrelerinin neden küçük olduğunu gayet güzel izah edebilmektedir: Bakteri hücrelerindeki hücre içi iskelet genel olarak oldukça zayıftır; hatta bunun yarattığı sıkıntıları karşılamak adına hücre duvarının evrimleşmesi gerekmiştir. Buna karşılık kas hücreleri ve nöronlarda çok güçlü bir hücresel iskelet bulunur ve bu nedenle hücreler gerçekten irileşebilir. Bu hücre içi iskelet sayesinde hücre bütünlüklerini daha kolay koruyabilirler ve büyük olsalar bile parçalanmazlar. Örneğin tavukların yumurtalarının bu kadar büyük olabilmesinin nedeni, etraflarında onları koruyan ve hücre bütünlüğünü sağlayan sert bir kabuk olmasıdır. Peki bir yumurtanın kabuğunu kırdığınızda ne olur? Hücre darmadağın olur...

Elbette bu son açıklamanın bilimsel testlere tabi tutulması gerekmektedir. Birçok farklı boyuttaki hücrenin uzunluğu ölçülmeli ve hücre içi iskelet yapısı incelenmelidir. Sonrasında ise bunların değerleri birbiriyle kıyaslanmalıdır. Hatta belki de kontrollü bir deney yaparak, bazı hücrelerin hücre içi iskeletlerini genetik yöntemlerle zayıflatabilir ve uzun dönem bir evrim deneyi yaparak ne tip hücre büyüklüklerinin evrimleştiği araştırılabilir.

İşte size bir doktora konusu!