Question

生物为什么不能通过细胞不断增大来增大自己的体积而通过细胞分裂形成一个大型？

Answer 1

是表面积与体积的关系。

把细胞看作球形体来说明这个原理。

球体的表面积公式为：S=4πr^2。球体的体积公式为：V=（4/3)πr^3。由两个公式可以看出，球体的表面积以半径的平方增大，而体积是以半径的立方增大。当一个细胞半径增大到原来的两倍时，其体积将增大到原来的8倍，而表面积只增大到原来的4倍。换句话说，细胞表面积的增大速度远远赶不上体积的增大速度。

细胞是通过表面的细胞膜的渗透性吸收外界营养物质的。细胞体积增大后，需要的营养物质消耗越来越大，而表面积增加缓慢，能够提供的营养物质远远赶不上细胞内部的需求，使细胞无法获得足够的营养，也就不能无限制地增大了。

当然，细胞也会“想出”许多办法来应对，就是“想方设法”在体积增大的同时，相应地增大表面积。如，把近球形的细胞拉长，由球形变成杆形，甚至更长，成为螺旋形，表面积就增加了。但这也不是完全有效，因为细胞即使有细胞壁，其强度也非常有限，长得太大、拉得太长，细胞无法确保其完整性，在外来冲击下，可能会破碎或断裂。细胞太长，也会造成细胞两个远端之间内部物质和能量的交流，所以即使细胞拉长，也不能完全解决问题。

在此情况下，细胞只好选择最简单、最直接的方法，就是细胞长大到一定体积时，就一分为二，由一个分裂为两个。这样一来，细胞的总体积没有变，而表面积却增大了一倍，两个子细胞都留有足够的表面积余量供其增大体积。