Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από μια πολύπλοκη κοινότητα τρισεκατομμυρίων κυττάρων διαφορετικών σχημάτων και μεγεθών, που όλα συνεργάζονται για να σας κρατήσουν ζωντανούς. Τα μικρότερα από αυτά τα κύτταρα, όπως τα αιμοπετάλια και τα ερυθρά αιμοσφαίρια, είναι νανωμένα από τεράστια μυϊκά κύτταρα. Σε ό,τι αφορά το μέγεθος, είναι σαν να συγκρίνεις μια γριούλα με μια μπλε φάλαινα.
Τώρα, αφού συνέλεξαν δεδομένα για όλους τους κύριους τύπους κυττάρων στο σώμα, οι ερευνητές αποκάλυψαν ένα οικείο μαθηματικό μοτίβο στη σχέση αυτών των κυττάρων. Υπάρχει μια αντίστροφη σχέση μεταξύ του μεγέθους και του αριθμού των κυττάρων, που σημαίνει ότι τα μικρότερα κελιά είναι περισσότερα από τα μεγαλύτερα. Επιπλέον, τα κύτταρα διαφορετικών τάξεων μεγέθους έχουν όλα παρόμοια συνολική μάζα, έτσι ώστε μικρά, πολυάριθμα κύτταρα όπως τα ερυθρά αιμοσφαίρια συμβάλλουν στην ίδια ποσότητα στη συνολική μάζα του σώματος με τα μεγαλύτερα κύτταρα, αναφέρουν οι ερευνητές στις 18 Σεπτεμβρίου στο Proceedings of the National . Ακαδημία Επιστημών .
«Βλέπουμε αυτό το μοτίβο παντού», σε διαφορετικά πεδία, λέει ο Ian Hatton, οικολόγος στο Πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ.
Διαβάστε επίσης: Οι μακρινοί σουπερνόβα μπορεί να επηρεάσουν την ποικιλομορφία της ζωής στη Γη
Το μοτίβο μεταξύ μεγέθους και αριθμού «έχει πολλά διαφορετικά ονόματα», λέει. Στην οικολογία, συχνά ονομάζεται φάσμα Sheldon από τον θαλάσσιο οικολόγο Raymond Sheldon. Ο Sheldon και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ότι όταν ταξινομείτε το πλαγκτόν κατά μέγεθος σε τάξεις μεγέθους σε μια λογαριθμική κλίμακα, κάθε κατηγορία μεγέθους έχει την ίδια μάζα οργανισμών. Καθώς μεγαλώνετε σε μέγεθος, ο αριθμός των ατόμων σε μια τάξη μειώνεται, αλλά η συνολική μάζα παραμένει αμετάβλητη.
Το 2021, ο Hatton και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι το ίδιο μοτίβο υπάρχει όταν ταξινομείτε τη βιομάζα των οργανισμών των ωκεανών γενικά σε λογαριθμική κλίμακα, «από βακτήρια στις φάλαινες», όχι μόνο πλαγκτόν.
Μια παράλληλη τάση μπορεί επίσης να παρατηρηθεί στη συχνότητα των λέξεων που χρησιμοποιούνται στη γλώσσα, όπου είναι γνωστός ως νόμος του Zipf από τον γλωσσολόγο George Zipf. Για παράδειγμα, αν αναλύσετε τις λέξεις που χρησιμοποιούνται σε ένα βιβλίο, θα βρείτε ότι κυριαρχούν μερικές, σύντομες, υψηλής συχνότητας λέξεις (όπως «το» και «του») με πολλές μεγαλύτερες, χαμηλής συχνότητας λέξεις (όπως « τρομπόνι» και «βουλή») αποτελούν τα υπόλοιπα.
Η εύρεση αυτού του μοτίβου στα ανθρώπινα κύτταρα χρειάστηκε κολοσσιαία ποσότητα δεδομένων.
«Μπορεί να ακούγεται περίεργο το γεγονός ότι ακόμα δεν καταλαβαίνουμε καλά το μέγεθος των κυττάρων», λέει ο Evgeny Zatulovskiy, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Η νέα μελέτη «παρέχει έναν πολύ περιεκτικό κατάλογο διαφορετικών τύπων κυττάρων στο σώμα μας σχετικά με τον αριθμό και το μέγεθός τους».
Ο ανεξάρτητος ερευνητής Jeffery Shander ξεκίνησε για πρώτη φορά τη συγκέντρωση αυτών των δεδομένων πριν από περισσότερο από μια δεκαετία. Μεγάλο μέρος προέρχεται από τη Διεθνή Επιτροπή Ραδιολογικής Προστασίας, η οποία έχει κάνει αυτοψία σε αμέτρητα πτώματα και ζύγισε τα όργανά τους για να δημιουργήσει ένα μοντέλο αναφοράς ενός ατόμου.
Αλλά «το ICRP επικεντρώθηκε στο ανδρικό μοντέλο», λέει ο Hatton. Αυτός και οι συνάδελφοί του ήθελαν να εκτιμήσουν πληροφορίες για μια τυπική γυναίκα και παιδί επίσης. Αυτό, μαζί με το γεγονός ότι το ICRP επικεντρώθηκε στα όργανα και τους ιστούς και όχι στα κύτταρα, σήμαινε στροφή στην επιστημονική βιβλιογραφία.
Συνολικά, οι ερευνητές συγκέντρωσαν δεδομένα από περισσότερες από 1.500 πηγές για να δείξουν ότι το αντίστροφο μοτίβο μεγέθους-αριθμού υπάρχει στα κύτταρα ενός τυπικού άνδρα, γυναίκας και παιδιού. Συνολικά, οι ερευνητές εκτιμούν ότι ένας ενήλικος άνδρας αποτελείται από περίπου 36 τρισεκατομμύρια κύτταρα, κατά μέσο όρο, ενώ ένα θηλυκό αποτελείται από 28 τρισεκατομμύρια κύτταρα και ένα 10χρονο παιδί έχει 17 τρισεκατομμύρια κύτταρα.
Αυτές οι εκτιμήσεις είναι παρόμοιες με εκείνες από προηγούμενες μελέτες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που εξέτασαν λιγότερους τύπους κυττάρων και ιστών, λόγω της συντριπτικής παρουσίας μικρών αιμοσφαιρίων ( SN: 1/8/16 ).
Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πόσα από κάθε τύπο κυττάρου υπάρχει. Για παράδειγμα, η ομάδα διαπίστωσε ότι ο συνολικός αριθμός των λεμφοκυττάρων στο σώμα είχε υποτιμηθεί σοβαρά – αντί για 500 δισεκατομμύρια, μπορεί να υπάρχουν έως και 2 τρισεκατομμύρια. «Τα λεμφοκύτταρα εμπλέκονται σε όλα τα είδη άμυνας ενάντια στις ασθένειες», λέει ο Hatton, και η κατανόηση του συνολικού αριθμού τους είναι σημαντική για άτομα με παθήσεις όπως η λευχαιμία και ο HIV.
Επιπλέον, ο αριθμός των κυττάρων καθορίζεται από την κυτταρική διαίρεση, μια διαδικασία που, όταν ξεσπά, οδηγεί σε καρκίνο. Η κατανόηση των βασικών χαρακτηριστικών των κυττάρων όπως το μέγεθος και ο αριθμός, λέει ο Hatton, «θα μπορούσε να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τις ανωμαλίες».
Παρόλο που έχει παρατηρηθεί στη γλώσσα, στη βιομάζα των ωκεανών και τώρα στα ανθρώπινα κύτταρα, η προέλευση του μοτίβου αντίστροφου μεγέθους-αριθμού εξακολουθεί να είναι ένα παζλ. Αλλά ο Hatton λέει ότι η κοινότητά του «μπορεί να υπονοεί ότι υπάρχει κάποιος βαθύς, υποκείμενος μηχανισμός που θα μπορούσε να είναι κοινός σε όλα αυτά τα διαφορετικά πράγματα. Αλλά δεν είμαστε ακόμα εκεί».
Διαβάστε επίσης:
Η αστρική έκλαμψη τρισεκατομμύρια φορές πιο ισχυρή από αυτή του ήλιου
Ένα πλακίδιο «βαμπίρ Αϊνστάιν» ξεπερνά το τελευταίο κατόρθωμα των μαθηματικών
Ο κλασικός χάρτης του πώς ο ανθρώπινος εγκέφαλος διαχειρίζεται την κίνηση ενημερώνεται
