คุณคิดว่าสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุด จะเล็กสักแค่ไหนกันเชียว แมลงตัวเล็กอย่างแมลงหวี่ที่บินตอมใบหน้าคุณไปมา หรือส่งเสียงหึ่ง ๆ เวลาบินผ่านหูของคุณ เล็กพอหรือยัง

จริง ๆ แล้วมันมีสิ่งมีชีวิตที่เล็กกว่านั้นอีก เล็กที่สุด เล็กกว่าที่คุณจะคิดจินตนาการถึง มันมีแค่เซลล์เดียว แต่พวกมันก็ไม่ได้มีแค่ชนิดเดียว ในโลกเรานี้มีสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอยู่มากมายหลายล้านสายพันธุ์ ตั้งแต่สายพันธุ์ที่พอจะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าอย่าง Volonia Ventricosa ขนาดประมาณ 4-5 เซนติเมตรโดยเฉลี่ย ไปจนถึงสายพันธุ์ที่มีเซลล์เดียวซึ่งขนาดของมันเล็กจนมองด้วยตาเปล่าไม่เห็น มองผ่านแว่นขยายก็ยังมองไม่เห็น คุณต้องมีกล้องจุลทรรศน์เพื่อจะส่องดูพวกมัน

แน่นอนว่าการศึกษาสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเช่นนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย แต่มันช่างน่าสงสัยว่า ทำไมสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่มีขนาดหลากหลายถึงต้องมีขนาดเล็กจิ๋ว ไม่มีขนาดใหญ่เท่าไก่ ช้าง หรือวาฬ

ปัจจัยที่ทำให้สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวต้องมีขนาดเล็ก อาจจะอยู่ที่องค์ประกอบของเซลล์และสัดส่วนของพื้นที่ผิวกับปริมาตร เนื่องจากเซลล์ที่เรากำลังพูดถึงอยู่นั้นเป็นเซลล์ที่มีความกว้าง ความยาว และความสูง เหมือนกับสิ่งมีชีวิตทั่วไป มันไม่ได้เรียบแบนเหมือนกับรูปวาด และแต่ละเซลล์ก็มีนิวเคลียส มีสารต่าง ๆ มีของเหลว มีหน่วยเล็ก ๆ อยู่ภายในมากมาย นอกจากนี้เซลล์ยังจำเป็นต้องได้รับอาหาร มีการกำจัดของเสียออกจากเซลล์ และนั่นเป็นหนึ่งในกิจกรรมพื้นฐานของทุกชีวิต โดยระบบการจัดการนำเข้าและส่งสิ่งต่าง ๆ ออกจากเซลล์ล้วนเกิดขึ้นผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ (Cell Membrane)

หากเราย่อสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวให้กลายเป็นแค่ภาพ 2 มิติ เพื่อง่ายต่อการคิดคำนวณ อัตราส่วนของพื้นที่ภายในเซลล์ ซึ่งเราสมมติแทนปริมาณสสารภายในเซลล์ ส่วนเส้นรอบวงของเซลล์คือ เยื่อหุ้มเซลล์ อัตราส่วนของพื้นที่ที่เพิ่มขึ้นเมื่อขนาดเซลล์ใหญ่ขึ้น จะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าขนาดเส้นรอบวงหรือขอบของเซลล์อย่างมาก

สมมติว่า เรามีเซลล์เป็นสี่เหลี่ยมจตุรัสที่มีความกว้างและยาวด้านละ 1 ไมโครเมตร เพื่อความง่ายในการคำนวณเราจะได้พื้นที่ภายในเซลล์เป็น 1 ตารางไมโครเมตร ในขณะที่เส้นรอบรูปคือ 4 ไมโครเมตร อัตราส่วนของเส้นรอบรูปและพื้นที่ภายในคือ 4 : 1 แต่หากเซลล์ใหญ่ขึ้นเป็นด้านละ 20 ไมโครเมตร เราจะได้อัตราส่วนเป็น 80 : 400 หรือ 1 : 5 ซึ่งจะเห็นได้ว่า พื้นที่ภายในขยายขึ้นอย่างมาก และมันทำให้การนำเข้าสารที่มีประโยชน์ต่อเซลล์ เช่น สารอาหารหรือแม้แต่ออกซิเจนที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตเข้าไปในเซลล์ และกระจายไปยังส่วนต่าง ๆ ทำได้ช้ากว่าเดิมมาก เพราะเส้นรอบรูปในตัวอย่างนี้ไม่ได้เพิ่มขึ้นเร็วเหมือนกับปริมาณพื้นที่ภายใน และแน่นอนว่าการส่งออกของเสียที่เกิดขึ้นจากเซลล์ออกไปด้านนอกก็เป็นปัญหาเช่นกัน สิ่งนี้เกิดขึ้นกับเซลล์ในชีวิตจริง และมันมีปัญหามากกว่าตัวอย่างที่กล่าวมาข้างต้นด้วยซ้ำ เนื่องจากหากเราเทียบอัตราส่วนของพื้นที่ผิวและปริมาตร ปริมาตรจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าพื้นที่เยื่อหุ้มเซลล์มาก ๆ

อย่างไรก็ดี สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวบางชนิดก็ปรับตัวเพื่อให้มีขนาดของเซลล์ใหญ่ขึ้น พร้อมกับมีพื้นที่ผิวที่มากขึ้นเพื่อให้เพียงพอต่อการใช้งาน เช่น สาหร่ายเซลล์เดียวสายพันธุ์ Caulerpa Taxifolia ซึ่งสามารถโตและมีความยาวออกไปถึง 30 เซนติเมตร และนั่นเป็นเพราะว่ามันปรับตัวให้มีรอยหยักเหมือนกับใบไม้ มีนิวคลิอายจำนวนมากกระจายอยู่ตามส่วนต่าง ๆ ของเซลล์เพื่อให้สามารถควบคุม และทำงานได้เหมือนสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เพียงแต่ไม่มีเยื่อกั้นระหว่างเซลล์เท่านั้นเอง

ขนาดและพื้นที่ผิวเองก็ไม่ได้เป็นเพียงปัจจัยเดียวที่ทำให้สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวมีขนาดเล็ก แต่การที่มีขนาดเล็กทำให้มันไม่ต้องคำนึงถึงกฎฟิสิกส์พื้นฐานของโลกนี้หลาย ๆ ข้อ เช่น หากมันมีขนาดเล็กมาก ๆ มันก็สามารถลอยไปในอากาศได้ง่ายหรือแม้แต่เคลื่อนที่ไปบนผิวน้ำโดยมีแรงตึงผิวคอยช่วยพยุงไว้ และถ้าหากจะมองว่าเซลล์เล็ก ๆ นี้คงไม่ได้มีพิษสงอะไรมาก อันที่จริงสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหลายสายพันธุ์เองก็ทำให้เกิดโรคที่ร้ายแรงต่อร่างกายมนุษย์หรือสิ่งมีชีวิตอื่น แต่หากจะนึกถึงสิ่งมีชีวิตเซล์เดียวที่ทำให้เกิดผลกระทบขนาดใหญ่ที่สุดของโลก เราอาจจะต้องศึกษาย้อนกลับไปหลายพันล้านปี

หากย้อนกลับไปในช่วงเวลาดังกล่าว ครั้งนั้นโลกของเรายังไม่มีก๊าซออกซิเจนในชั้นบรรยากาศมากเท่าปัจจุบัน ในยุคนั้นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวชนิดหนึ่งอุบัติขึ้น และผลของการมีอยู่และขยายพันธุ์ของมันทำให้เกิดยุคน้ำแข็งครั้งแรกของดาวดวงนี้ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ในขณะนั้นเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวชนิด Anaerobic กล่าวคือ ไม่ได้ใช้ออกซิเจนในการดำรงชีวิต แต่นักวิทยาศาสตร์คาดกันว่า มีสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งที่เริ่มขึ้นมาอยู่บริเวณผิวน้ำและดูดซับพลังงานแสง ทำปฏิกิริยากับก๊าซที่มีอยู่มากในอากาศในขณะนั้นอย่างคาร์บอนไดออกไซด์ และได้รับพลังงานซึ่งเป็นน้ำตาลพร้อมกับปล่อยออกซิเจนออกมา กระบวนการเหมือนกับที่เกิดขึ้นในการสังเคราะห์แสงของพืช

เมื่อแหล่งพลังงานจากแสงอาทิตย์มีอยู่มากมาย รวมถึงคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวนี้คือ บรรพบุรุษของ Cyanobacteria หรือต้นตระกูลของสาหร่ายเซลล์เดียวในปัจจุบันนั่นเอง การขยายตัวของประชากรสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้เป็นจำนวนมากอย่างรวดเร็วนี้เอง ที่ทำให้ชั้นบรรยากาศในขณะนั้นปนเปื้อนไปด้วยมลพิษ สารที่เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นในขณะนั้น คือ สิ่งที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตในปัจจุบัน มันคือออกซิเจน และเมื่อเวลาผ่านไปหลายล้านปีปริมาณออกซิเจนในอากาศก็เพิ่มขึ้นมาก จนเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น ๆ ที่อาศัยอยู่ในตอนนั้น ทำให้พวกมันสูญพันธุ์หายไปเกือบหมด 2.5 พันล้านปีก่อนดาวดวงนี้คือสุสาน เพราะสิ่งมีชีวิตต่างล้มหายตายจากไปเนื่องจากพิษของออกซิเจน

ผลกระทบต่อมาคือก๊าซมีเทนที่เคยมีอยู่มากในชั้นบรรยากาศ และทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกซึ่งกักเก็บความร้อนไว้ในโลก ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและเกิดเป็นน้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งไม่ได้กักเก็บความร้อนมากเหมือนกับมีเทน อุณหภูมิของดาวจึงลดต่ำลงกลายเป็นยุคน้ำแข็งที่ยาวนาน ก่อนจะค่อย ๆ อุ่นขึ้นเนื่องจากปริมาณของออกซิเจนเริ่มอยู่ในจุดสมดุลเหมือนในปัจจุบัน และสิ่งมีชีวิตต่างปรับตัวให้เข้ากับสัดส่วนของก๊าซต่าง ๆ ที่มีในอากาศได้แล้ว

ผลกระทบของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวขนาดเล็ก ไม่ได้เป็นเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่จะมองข้ามได้เลย เนื่องจากทุกอย่างที่เกิดขึ้นส่งผลกระทบต่อวงจรสิ่งมีชีวิตอื่น หรือแม้แต่สภาพแวดล้อมโดยรอบทั้งหมด และก่อนจะวนกลับมากระทบกับต้นตอในที่สุด มันทำให้ยิ่งต้องตระหนักว่า หากเรา มนุษย์ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีขนาดใหญ่กว่าบรรพบุรุษของสาหร่ายเซลล์เดียวมากหลายเท่า ปรับเปลี่ยนสมดุลของสัดส่วนก๊าซในอากาศอีกครั้ง โอโซนในชั้นบรรยากาศลดลง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ยุคน้ำแข็งก็อาจจะเกิดขึ้นได้อีกครั้งเร็ว ๆ นี้