Каталог на всички човешки клетки разкрива математическа закономерност

Връзката между размера и броя се проявява и във всичко - от екосистемите до езика.

Ваня Милева Последна промяна на 20 септември 2023 в 00:00 7916 0

Изображение на червени кръвни клетки и сини лимфоцити.

Кредит Berkshire Community College Bioscience Public Domain (CC0 1.0)

Нов каталог на броя и размера на клетките в човешкото тяло разкрива, наред с други неща, че броят на лимфоцитите (сини на тази илюстрация) в кръвта е бил силно подценен.

Човешкото тяло е съставено от сложна общност от трилиони клетки с различни форми и размери, които работят заедно, за да поддържат жизнените ни функции. Най-малките от тези клетки, като тромбоцитите и червените кръвни телца, се отличават от огромните мускулни клетки. Когато става въпрос за размер, това е все едно да сравнявате мишка със син кит.

Сега, след като събират данни за всички основни видове клетки в организма, изследователи разкриват позната математическа закономерност в отношенията между тези клетки. Съществува обратна зависимост между размера и броя на клетките, което означава, че по-малките клетки са по-многобройни от по-големите.

Нещо повече, всички клетки от различни класове по големина имат сходна обща маса, така че малките, многобройни клетки, като червените кръвни клетки, допринасят за общата маса на организма със същата стойност като най-големите клетки, съобщават изследователите на 18 септември в Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Виждаме тази закономерност навсякъде" в различни области, посочва Иън Хатън (Ian Hatton), еколог в Университета Макгил в Монреал.

Закономерността между размера и броя "има много различни имена", отбелязва Хатън.

В екологията тя често се нарича спектър на Шелдън по името на морския еколог Реймънд Шелдън (Raymond Sheldon). Шелдън и колегите му откриват, че когато се сортира планктона по размер в порядъци по логаритмична скала, всеки клас организми по размер има една и съща маса. С увеличаване на размера броят на индивидите в класа намалява, но общата маса остава непроменена.

През 2021 г. Хатън и колегите му показват, че същата закономерност съществува, когато подредите биомасата на океанските организми като цяло в логаритмична скала, "от бактериите до китовете", а не само на планктона.

Паралелна тенденция може да се наблюдава и при честотата на думите, използвани в езика, където тя е известна като закон на Зипф по името на лингвиста Джордж Зипф (George Zipf). Например ако се анализират думите, използвани в една книга, ще установите, че в нея преобладават няколко кратки, честни думи (като "в" и "с"), а останалите думи са много по-дълги и се срещат по-рядко.

Намирането на тази закономерност в човешките клетки изисква огромно количество данни.

"Може да звучи изненадващо, че все още не разбираме добре размера на клетките", разсъждава Евгений Затуловски (Evgeny Zatulovskiy), биолог от Станфордския университет, който не е участвал в изследването. Новото изследване "предоставя много изчерпателен каталог на различните типове клетки в нашето тяло по отношение на техния брой и размер".

Независимият изследовател Джефри Шандер (Jeffery Shander) за първи път започва да събира тези данни преди повече от десет години. Голяма част от тях идват от Международната комисия за радиологична защита (ICRP - International Commission on Radiological Protection), която е направила аутопсия на безброй трупове и е претеглила органите им, за да създаде референтен модел на човека.

Но "ICRP събира данни само за мъжел", обяснява Хатън. Той и колегите му искат да оценят информацията и за типична жена и дете. Това, както и фактът, че ICRP се е фокусирала върху органи и тъкани, а не върху клетки, означава, че трябва да се обърнат към научната литература.

Като цяло изследователите събират данни от над 1500 източника, за да покажат, че обратната зависимост между размера и броя е налице в клетките на типичен мъж, жена и дете. Като цяло изследователите изчисляват, че един възрастен мъж се състои средно от около 36 трилиона клетки, докато една жена е съставена от 28 трилиона клетки, а едно 10-годишно дете има 17 трилиона клетки.

Тези оценки са сходни с тези от предишни проучвания, включително такива, които разглеждат по-малко видове клетки и тъкани, поради преобладаващото присъствие на малки кръвни клетки.

Тялото на средностатистически възрастен човек съдържа около 30 трилиона човешки клетки, повечето от които червени кръвни клетки. На снимката е разбивка на най-често срещаните типове клетки. Кредит: R. Sender, S. Fuchs and R. Milo/BioRxiv.org 2016

Важно е да се разбере колко от всеки тип клетки има. Така например екипът установява, че общият брой на лимфоцитите в организма е силно подценен - вместо 500 милиарда, те може да са цели 2 трилиона.

"Лимфоцитите участват във всички видове защита срещу болести", отбелязва Хатън, и информацията за общия им брой е важна за хора със заболявания като левкемия и ХИВ.

Нещо повече, броят на клетките се определя от клетъчното делене - процес, който когато се обърка, води до рак. Познанието на основните характеристики на клетките, като размер и брой, посочва Хатън, "може да ни помогне да разберем аномалиите".

Въпреки че е наблюдавана в езика, океанската биомаса, а сега и в човешките клетки, произходът на обратната закономерност на размера и броя все още е загадка. Но Хатън коментира, че общата му характеристика "може да означава, че има някакъв дълбок, основен механизъм, който би могъл да бъде общ за всички тези различни неща. Но все още не сме стигнали дотам."

Справка:

I.A. Hatton et al. The human cell count and size distribution. Proceedings of the National Academy of Sciences. Vol. 120, September 18, 2023. doi: 10.1073/pnas.2303077120.

I.A. Hatton et al. The global ocean size spectrum from bacteria to whales. Science Advances. Vol. 7, November 10, 2021. doi: 10.1126/sciadv.abh3732.

S.T. Piantadosi. Zipf’s word frequency law in natural language: A critical review and future directions. Psychonomic Bulletin & Review, Vol. 21, March 25, 2014. p.1112. doi: 10.3758/s13423-014-0585-6.

Източник: A catalog of all human cells reveals a mathematical pattern, Science News

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !