新研究發現人類細胞數量與大小的分布特徵

【2023年10月18日訊】(記者林達編譯報導)在十多年前開始的一項研究中,科學家估算了人體由多少個細胞組成:研究人員利用來自1,500多個已發表來源的數據,確定男性由大約36萬億個細胞組成,女性約有28萬億個細胞,一個10歲的孩子約有17萬億個細胞。更重要的是,這些細胞遵循自然界其它地方也會出現的基於大小和質量的數學模式

新數據顯示,如果將人類大小相似的細胞分組在一起,則每組細胞的總質量大致相同。國際研究小組9月18日在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上發表了其研究結果。

「關鍵是尋找描述不同人體組織中細胞數量的論文」,合著者、加拿大麥吉爾大學的生態學家埃里克‧加爾布雷斯(Eric Galbraith)告訴《新科學家》(New Scientist)雜誌的傑森‧阿倫‧穆魯格蘇(Jason Arunn Murugesu),「然後去了解這些類型的組織是由哪些特定的細胞組成的,並知道這些細胞的大小範圍是多少。」

人類細胞的大小並非都大致相同,而是差異很大。研究人員估計了1,200個細胞群的細胞質量、大小範圍和細胞數量,這些細胞群可以進一步分為60個不同組織的400種細胞類型。他們發現,較小的細胞(例如血細胞)在我們的體內更為常見,而較大的細胞(例如肌肉細胞)則較少。而其中的規律是,組成每個尺寸類別的細胞的物質總量基本上是恆定的。

在各個科學領域都可以看到類似的尺寸分布。例如,在生態學中,從細菌到鯨魚這樣的海洋生物都呈現出相同模式。《科學新聞》(Science News)雜誌寫道,如果生物依據「對數標度」(logarithmic scale)按大小排序,則每個軸上的值呈指數級增長,較小的生物體比較大的生物體更常見,但每個類別中的生物體總質量對於所有體型類別來說基本保持一致。

這些數據與齊夫定律(Zipf’s law)相似,它是一項關於城市大小、小行星甚至語言學中的頻率模式的定律。例如,一小部分短單詞(例如「the」)經常出現在普通書籍中,而較長的單詞則不太常見。

這種廣泛的模式表明,可能存在「一些深層的潛在機制,是所有這些不同事物所共有的」,主要作者、德國馬克斯‧普朗克數學研究所和麥吉爾大學的生物學家伊恩‧哈頓(Ian Hatton)告訴《科學新聞》雜誌。但研究團隊並不知道這個機制是什麼:「我們還沒有做到這一點。」

研究人員說,更多地了解體內細胞頻度對於理解人類健康和疾病至關重要,尤其是癌症,當細胞數量因快速分裂而失去平衡時就會發生癌症。研究小組還估計,人類體內的淋巴細胞總數約為之前認為的四倍。淋巴細胞是白細胞,有助於抵抗感染和疾病。

儘管如此,因數據來自於以前主要針對男性的研究,細胞計數存在一些不確定性,尤其是對女性和兒童的估算。而目前這項新研究基於三個不同的解剖模型:一名155磅重的男性、一名130磅重的女性和一名70磅重的兒童。

英國牛津布魯克斯大學的約翰‧魯尼恩斯(John Runions)告訴《新科學家》雜誌:「從純科學的角度來看,對人體細胞多樣性進行某種量化真令人著迷。當我向學生講授細胞生物學和發育時,我會說,人是從單個受精細胞(受精卵)開始的,經歷連續幾輪的細胞分裂和分化,產生具有X個細胞的成年生物體。」

「X這個數量(是多少)一直是棘手的問題」,他說,「很高興我對細胞數量的陳述現在至少可以達到正確的數量級。」 ◇

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