Επιστήμονες ανακάλυψαν μυστηριώδες μαθηματικό μοτίβο στα ανθρώπινα κύτταρα

Σε μια προσπάθεια που ξεκίνησε πριν από περισσότερα από δέκα χρόνια, οι επιστήμονες υπολόγισαν πόσα κύτταρα συνθέτουν το ανθρώπινο σώμα. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από περισσότερες από 1.500 δημοσιευμένες πηγές, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι άνδρες αποτελούνται από περίπου 36 τρισεκατομμύρια κύτταρα, οι γυναίκες έχουν περίπου 28 τρισεκατομμύρια κύτταρα και ένα παιδί 10 ετών έχει περίπου 17 τρισεκατομμύρια κύτταρα.

Επιπλέον, τα κύτταρα αυτά ακολουθούν ένα μαθηματικό μοτίβο με βάση το μέγεθος και τη μάζα που εμφανίζεται και αλλού στην φύση. Τα νέα δεδομένα αποκάλυψαν ότι εάν τα κύτταρα (σ.σ. ενός ανθρώπου) παρόμοιου μεγέθους ομαδοποιηθούν, κάθε ομάδα συνεισφέρει περίπου την ίδια συνολική ποσότητα μάζας στο σώμα. Η διεθνής ομάδα ερευνητών δημοσίευσε τα αποτελέσματά της στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ανθρώπινα κύτταρα

«Το κλειδί ήταν να βρούμε τα έγγραφα που περιέγραφαν τον αριθμό των κυττάρων σε διαφορετικούς ιστούς» ανέφερε στο New Scientist ο Eric Galbraith, οικολόγος στο Πανεπιστήμιο McGill στον Καναδά. «Και μετά έπρεπε να μάθουμε ότι αυτά τα είδη ιστών αποτελούνταν από συγκεκριμένα κύτταρα και ποιο ήταν το εύρος μεγέθους αυτών των κυττάρων».

Τα ανθρώπινα κύτταρα, αντί να έχουν όλα περίπου το ίδιο μέγεθος, ποικίλλουν ευρέως. Οι ερευνητές υπολόγισαν τη μάζα, το εύρος μεγέθους και τον αριθμό κυττάρων για 1.200 κυτταρικές ομάδες, οι οποίες μπορούν περαιτέρω να αναλυθούν σε 400 τύπους κυττάρων σε 60 διαφορετικούς ιστούς. Βρήκαν ότι τα μικρότερα κύτταρα, όπως τα κύτταρα του αίματος, είναι πιο κοινά στο σώμα μας, ενώ τα μεγαλύτερα, όπως τα μυϊκά κύτταρα, είναι λιγότερο άφθονα. Όμως η ποσότητα της ύλης που συνθέτει τα κύτταρα σε κάθε κατηγορία μεγέθους είναι σε μεγάλο βαθμό σταθερή.

Παρόμοιες κατανομές μεγέθους μπορούν να παρατηρηθούν και σε άλλα επιστημονικά πεδία. Στην οικολογία, για παράδειγμα, οι θαλάσσιοι οργανισμοί από τα βακτήρια έως τις φάλαινες εμφανίζουν το ίδιο μοτίβο. Εάν τα πλάσματα ταξινομηθούν κατά μέγεθος σε μια λογαριθμική κλίμακα -όπου οι τιμές σε κάθε άξονα γίνονται εκθετικά μεγαλύτερες- οι μικρότεροι οργανισμοί είναι πιο συνηθισμένοι από τους μεγαλύτερους, αλλά η συνολική μάζα των οργανισμών σε κάθε κατηγορία παραμένει ως επί το πλείστον συνεπής για όλες τις κατηγορίες μεγέθους.

Τα δεδομένα παραλληλίζονται με τον νόμο του Zipf, ένα μοτίβο συχνότητας που καταγράφεται σε πόλεις και αστεροειδείς, ακόμα και στην γλωσσολογία. Για παράδειγμα, μια μικρή ποικιλία από σύντομες λέξεις (όπως το «το») εμφανίζεται συχνά σε ένα βιβλίο, ενώ οι μεγαλύτερες λέξεις είναι λιγότερο κοινές.

Αυτό το εκτεταμένο μοτίβο υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχει «κάποιος βαθύς υποκείμενος μηχανισμός που θα μπορούσε να είναι κοινός σε όλα αυτά τα διαφορετικά πράγματα» τονίζει ο επικεφαλής συγγραφέας και βιολόγος στο Ινστιτούτο «Max Planck για τα Μαθηματικά στις Επιστήμες» στη Γερμανία και στο Πανεπιστήμιο McGill, Ian Hatton. Όμως η ομάδα των ερευνητών δεν γνωρίζει ποιος είναι αυτός ο μηχανισμός. «Δεν είμαστε ακόμα εκεί».

Η περισσότερη γνώση για την συχνότητα των κυττάρων στο σώμα θα μπορούσε να είναι κρίσιμης σημασίας για την κατανόηση της ανθρώπινης υγείας και των ασθενειών -ειδικά ο καρκίνος, ο οποίος εμφανίζεται όταν ο αριθμός των κυττάρων αποβάλλεται από την ισορροπία λόγω της ταχείας διαίρεσης- δηλώνουν οι ερευνητές στο Science News.

Η ομάδα υπολόγισε επίσης ότι οι άνθρωποι έχουν περίπου τέσσερις φορές περισσότερα συνολικά λεμφοκύτταρα στο σώμα μας από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Τα λεμφοκύτταρα είναι λευκά αιμοσφαίρια που βοηθούν στην καταπολέμηση λοιμώξεων και ασθενειών.

Ωστόσο, η μελέτη στήριξε τους αριθμούς της σε προηγούμενες έρευνες που επικεντρώθηκαν σε μεγάλο βαθμό στους άνδρες, επομένως ο αριθμός των κυττάρων συνοδεύεται από κάποια αβεβαιότητα. Ειδικά οι εκτιμήσεις για τις γυναίκες και τα παιδιά. Αυτή η νέα έρευνα βασίστηκε σε τρία διαφορετικά ανατομικά μοντέλα: έναν άνδρα 70κιλών, μια γυναίκα 59 κιλών και ένα παιδί 32 κιλών.

«Είναι απλά συναρπαστικό από καθαρά επιστημονική σκοπιά να έχουμε κάποιο είδος ποσοτικοποίησης της κυτταρικής ποικιλομορφίας στο ανθρώπινο σώμα» ανέφερε ο John Runions από το Πανεπιστήμιο Oxford Brookes στην Αγγλία. «Όταν δίνω διάλεξη σε μαθητές για κυτταρική βιολογία και ανάπτυξη, λέω κάτι σαν “Όλοι ξεκινούμε ως ένα ενιαίο γονιμοποιημένο κύτταρο, ο ζυγώτης, ο οποίος υφίσταται διαδοχικούς κύκλους κυτταρικής διαίρεσης που συνοδεύονται από διαφοροποίηση για να παράγει έναν ενήλικο οργανισμό με κύτταρα Χ”».

«Το X ήταν πάντα το δύσκολο κομμάτι» τονίζει στην δημοσίευση της έρευνας. «Χαίρομαι που η δήλωση μου για τον αριθμό κυττάρων μπορεί τώρα να είναι τουλάχιστον στη σωστή σειρά μεγέθους».

enikos.gr