Tamanho da célula

RKA8JV Nesse vídeo eu quero discutir o tamanho de uma célula e, em particular, o quão pequena uma célula pode ser. Logo depois, quais são os fatores que limitam o quão grande uma célula pode chegar a ser. Eu tenho um monte de fotos de células aqui. Essa foto bem aqui é a foto de uma bactéria pseudomonas. Cada um desses bacilos é uma célula bacteriana, e só para ter uma noção de escala, o comprimento de cada um desses bacilos mede cerca de 1 micrômetro. Então, isso aqui tem cerca de 1 µm, que é o mesmo que o milionésimo de 1 metro, ou você também pode pensar nisso aqui como se fosse um milésimo de 1 mm, que eu acho que te ajuda a entender isso um pouco melhor, não é? Agora, o comprimento desse bacilo aqui equivale a 5 µm mais ou menos. Isso daqui então é cerca de 5 µm. Bem, aqui eu tenho algumas fotos de células que você pode encontrar no corpo humano. Essas aqui são células vermelhas do sangue. Essas células têm o diâmetro aproximadamente igual a 7 µm. Nessa mesma escala, nós podemos encontrar também os glóbulos brancos. Aqui, nós temos algumas outras coisas, aqui nós vemos um espermatozoide humano prestes a penetrar um óvulo. Ah, uma coisa também interessante a se falar é que um óvulo humano é uma das maiores células que você pode encontrar, especialmente quando estamos falando sobre as células esféricas, e essa célula aqui tem um diâmetro aproximadamente igual a 100 µm. Ah, uma coisa importante a se destacar é que todas essas imagens aqui estão na mesma escala, ok? Só para que você possa comparar uma com as outras. Mas, para a gente refletir um pouco mais a respeito desse vídeo, é interessante que a gente pense sobre uma pergunta: o quão pequena uma célula pode chegar a ser, ou seja, existe um limite inferior para o tamanho de uma célula? Se você pensar que uma célula é algo vivo, isso é realmente algo bastante complexo, porque uma célula precisa ter informações, ou seja, tem que ter um DNA, tem que ser capaz de se replicar, ela precisa ter todos esses mecanismos metabólicos. Eu estive lendo há pouco tempo que essas aqui são as menores células encontradas, mas eu acredito que no futuro possam ser descobertas células ainda menores. Mas, atualmente, as menores células medem cerca de 100 nanômetros. Lembre-se, 1.000 nm seria a largura deste bacilo aqui, então algo com 100 nm talvez seja algo assim. Isso aqui seria, talvez, 300 nm. Essas são as menores células descobertas até agora. Essas células bacterianas foram descobertas na Universidade da Califórnia em Berkeley. Achamos que isso está muito próximo ao limite inferior, visto que uma célula deve armazenar toda uma informação genética e mecanismos celulares, então, é um complexo de coisas que você não pode ter sendo algo muito pequeno. A gente já refletiu pouco a respeito do limite inferior, mas, e a respeito do limite superior de uma célula? Então, uma das coisas que tende a ser um dos fatores limitantes, há outras coisas também, tudo bem, mas é a proporção entre volume e área de superfície. Mas por que a proporção entre o volume e a área de superfície é importante? Porque a superfície de uma célula é o delimitante entre a célula e o seu entorno. Uma célula tem que receber nutrientes e eliminar resíduos, isso faz com que cada célula tenha que equilibrar a entrada e saída de conteúdos celulares para manter um certo volume. Como veremos, à medida que uma célula cresce, o seu volume e a superfície não aumentam na mesma medida. O volume aumenta muito mais rápido do que a área da superfície de uma célula, logo, conforme vai crescendo, cada unidade de superfície de uma célula tem que equilibrar os processos. Em alguns casos ela não pode equilibrar a entrada de nutrientes e a saída de resíduos tão rápido quanto necessário. Para deixar isso aqui um pouco mais claro, vamos analisar isso matematicamente. Então, o volume de uma esfera, digamos que isso daqui seja uma esfera, deixa eu fazer isso aqui parecer um pouco mais tridimensional só para não parecer só uma circunferência. A gente tem aqui um raio "r". Bem, então, para a gente determinar o volume de uma esfera, a gente sabe que o volume de uma esfera vai ser igual a 4/3 vezes π vezes r³. Agora, a área de superfície de uma esfera, a gente também pode determinar por uma expressão. Essa área então vai ser igual a 4 vezes π vezes r². Agora vamos calcular a relação do volume com a área da superfície, porque isso é o que realmente importa para a gente. A relação do volume com a área de superfície, e eu quero fazer a área da superfície em amarelo aqui, vai ser igual a (4/3)πr³ sobre 4πr². Agora, felizmente, é só simplificar tudo isso. A gente 4/4, que é igual a 1. π /π que é também igual a 1. r³/r² vai ser "r", claro. Então, tudo isso foi simplificado apenas para r/3. Bem, se quiséssemos também saber as unidades, isso seria unidades cúbicas de volume, ou isso seria unidades cúbicas dividido por unidades quadradas, ou seja, qualquer unidade que estamos olhando, não importa na verdade a unidade, a gente saberia apenas que teria uma unidade cúbica de volume por uma unidade quadrada. Isso aqui, nesse caso, a expressão vai ser r/3. Então, vamos usar isso aqui para pensar no que acontece quando uma célula fica maior. Então para simplificar, vamos nos concentrar nesse glóbulo branco aqui. E apenas para tornar a matemática mais fácil, vamos assumir que o seu raio seja igual a 3 µm. Eu vou fazer isso em uma cor que você pode ver aqui, 3 µm. Então nesse caso, para essa célula, seu volume para a área de superfície vai ser igual a, nós poderíamos dizer 3 µm/3, então eu vou colocar aqui 3/3, que naturalmente vai ser igual a 1 µm. Ter uma unidade de 1 µm por um volume de uma área de superfície não faz muito sentido, não é? Mas vamos tentar entender isso daqui agora. Uma unidade equivalente de 1 (µm³)/(µm²), porque estamos fazendo volume e por área de uma superfície, e, obviamente, se você cancelar as unidades através da análise dimensional, nos restará apenas esse micrômetro. Isso nos ajuda a entender um pouco mais, porque isso nos diz que cada micrômetro quadrado da superfície precisa lidar com 1 µm³ do volume dessa célula. Então cada micrômetro quadrado, ou seja, cada micrômetro quadrado para esse cara bem aqui, vai ser em torno desse tamanho, terá que lidar com o processamento, em média, de 1 micrômetro cúbico de volume. Ok, isso até parece razoável, o que realmente é razoável para o tamanho de uma célula, mas se tivéssemos que aumentar as coisas por um fator de 1.000, ou seja, aumentar o raio em um fator de 1.000, mas, digamos que encontramos um novo organismo, ou vamos teorizar um organismo cujo raio circular em vez de ser 3 µm, seja igual a 3.000 µm. Só para esclarecer, isso daqui não é uma coisa muito grande tá, não é enorme. Para as nossas escalas isso corresponderia a apenas 3 mm, seria até visível pelo olho humano. O limiar que o olho humano pode enxergar é cerca de 1/10 de milímetro, o que correspondente a 100 µm, então, isso aqui seria aproximadamente 1/10 de milímetro. Então, nas condições certas, você mal pode ver um óvulo humano. Mas isso aqui até seria possível enxergar, mas mesmo assim seria algo muito pequeno para as nossas escalas. Então, vamos pensar sobre o que acontece com essa relação do volume e com a área de superfície desse novo organismo, ou seja, da célula desse novo organismo. 3.000 µm dividido por 3, nos restaria 1.000 µm, ou melhor, ainda podemos escrever isso daqui como (µm³)/(µm²). Se antes, cada micrômetro quadrado tinha que lidar com 1 µm³ de volume, agora cada micrômetro quadrado da superfície vai ter que lidar com 1.000 µm³ de volume, ou seja, tem que lidar com muito mais volume. E isso vai dar problema, a superfície vai se romper, a célula não vai ser capaz de trocar nutrientes ou trocar resíduos rápido o suficiente para manter as suas funções em equilíbrio. Por isso que essa relação entre o volume e área de superfície é algo muito importante. Claro que essa relação entre volume e área de superfície é um fator extremamente importante para o limite máximo do tamanho de uma célula, mas existem outros fatores, tais como a massa de uma célula, também, que são fatores limitantes para ela. Mas eu quis discutir com você apenas essa relação porque é algo até fácil de entender e que a gente consegue perceber quase que de imediato, não é? Agora, o outro fator também que a gente não pode deixar de falar é a distância, porque quanto maior for o tamanho de uma célula, maior será a distância que as coisas precisam ser transportadas, que vão precisar ser transportadas, e isso também pode se tornar algo muito inconveniente. Conseguiu pegar essa ideia? Tá, mas eu só quis discutir com você esse outro fator também, porque acaba se tornando, também, um fator limitante para o tamanho de uma célula, mas eu acho que você já conseguiu perceber nesse vídeo que a área da superfície de uma célula é algo realmente importante, e se a gente for parar para pensar, a gente não consegue nem observar muitas células grandes que são esféricas. Existem outras células bem maiores que não são esféricas, por exemplo, as células nervosas. As células nervosas não são esféricas, elas têm outras formas. Normalmente, as células nervosas são longas e muito finas, e esse foi um mecanismo muito interessante que elas encontraram para maximizar sua área de superfície. Então, essa daqui que eu estou desenhando é uma representação de uma célula nervosa. Outras maneiras também que você vai ver células maximizando suas áreas de superfície, é elas tendo espécies de ramificações, dessa forma aqui. E, como eu já falei, a área da superfície de uma célula é muito importante para o equilíbrio de entrada de nutrientes e saída de resíduos de uma célula, então, claramente, as células não serão todas esféricas, elas vão poder ter outras formas de maximizar suas áreas de superfícies. Na verdade, existem um monte de adaptações, mas, de um modo geral, o formato esférico não é a melhor forma para uma célula, e por isso que não costumamos ver células esféricas muito maiores do que o óvulo humano.