Die primäre Beschränkung der Größe, auf die eine einzelne Zelle anwachsen kann, ist ein mathematisches Prinzip, das als Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bezeichnet wird. Wenn die Größe eines dreidimensionalen Objekts wächst, nimmt sein Volumen schneller zu als seine Oberfläche, was Stoffwechselprobleme für die Zellen verursacht. Darüber hinaus verhindern die Menge an Zytoplasma, die der Kern enthalten kann, und die strukturellen Einschränkungen der Zelle, dass sie ebenfalls größer sind.
Zellen sind diskrete Stoffwechseleinheiten. Sie müssen in der Lage sein, Ressourcen und Energie aufzunehmen und auszustoßen. Der einzige Ort, an dem eine Zelle dies tun kann, ist entlang der dünnen, hautähnlichen Membran, die sie umgibt. Wenn das Volumen der Zelle an Größe zunimmt, muss sie mehr Substanzen aufnehmen und ausstoßen; Da das Volumen jedoch schneller wächst als die Oberfläche, ist die Diffusionsmenge, die in eine Zelle hinein oder aus ihr heraus erfolgen kann, begrenzt.
Der Zellkern ist im Wesentlichen eine kleine Kugel in einer größeren Kugel. Da der Kern größer werden muss, um eine größere Zelle zu kontrollieren, ist der Kern auch anfällig für das Problem des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen. Dies begrenzt die Größe des Zellkerns, was wiederum die Größe der gesamten Zelle begrenzt.
Während die äußere Membran einer Zelle die Zelle auf mikroskopischer Ebene gut schützt, benötigen große Zellen außergewöhnlich dicke Membranen. Da diese Membranen dick genug werden, um größere Zellen aufzunehmen, leiden sie unter einer verringerten Durchlässigkeit.
