Размер и количество клеток регулируются в соответствии с ростом и жизнедеятельностью организма. Однако в наших знаниях о взаимосвязи между этими двумя параметрами в организме до сих пор существуют пробелы. Новая оценка, основанная на 1500 исследованиях, показывает, что средний взрослый мужчина имеет около 36 000 миллиардов клеток, а женщина — 28 000 миллиардов. Удивительно, но общая масса самых маленьких клеток такая же, как и самых больших.
Каждый тип клеток имеет характерный диапазон размеров, который сохраняется на протяжении всей нашей жизни, от эмбриона до зрелого возраста. Благодаря такому единообразию размеров их количество зависит от размеров организма. Вместо того чтобы состоять из более крупных клеток, крупные люди имеют пропорционально большее их количество. С другой стороны, размеры различных типов клеток в нашем организме различаются на 7 порядков: от эритроцитов (самых маленьких) до мышечных волокон (самых больших). Для сравнения: разница в размерах между этими клетками эквивалентна разнице между землеройкой и синим китом!
Для одного и того же типа клеток неравномерность в размерах часто свидетельствует о патологии. Однако некоторые клетки, такие как миоциты, нейроны и адипоциты, могут отличаться по размеру в зависимости от участка тела. Например, мышечные и сенсорные клетки на лице меньше, чем на ногах. Это объясняется тем, что каждая подкатегория приспособлена к выполнению вполне определенных функций. С другой стороны, функциональные возможности той или иной ткани зависят от ее общей биомассы. Поскольку размер каждого типа клеток четко определен, функции зависят от их количества.
В связи с этим возникают следующие вопросы: каково распределение размеров клеток в организме человека? Если рассматривать все клетки в организме, то следует ли ожидать логнормального распределения (возникающего в результате умножения большого числа малых независимых факторов) или какого-то другого распределения, благоприятствующего определенным размерам и функциям? На самом деле «взаимосвязь между размером и количеством клеток никогда официально не изучалась на уровне всего организма«, — утверждают авторы нового исследования, сотрудники Института Макса Планка (Германия) и Университета Мак-Гилла (Квебек).
Предыдущие исследования количества наших клеток говорят о том, что в целом в организме насчитывается от 30 до 37 000 миллиардов. Некоторые даже доходят до 100 000 миллиардов. Однако эти цифры в значительной степени приблизительны, а проведенные ранее анализы содержат существенные несоответствия.
Интригующая связь между размером и массой клеток
Для проведения анализа авторы нового исследования, о котором подробно рассказывается в журнале , собрали данные из 1500 соответствующих источников. Оценки касались 400 типов клеток (от эритроцитов до мышечных волокон) и 60 различных тканей. Рассматривались 3 анатомические модели: 70-килограммовый мужчина, 60-килограммовая женщина и 32-килограммовый ребенок (средний вес в возрасте 10 лет). Анализ основывался, в частности, на обширном каталоге масс и состава тканей, сгруппированных для эталонной модели мужчины, разработанной Международной комиссией по радиологической защите (МКРЗ). Затем этот эталон был использован для оценки размера и количества клеток (за исключением нейронов, адипоцитов и миоцитов) для женщин и детей в соответствии с соотношением массы тканей, указанным агентством.
«Интегрируя существующие гистологические и анатомические данные о крупных типах клеток во всех основных тканях, мы надеемся, что наши данные помогут установить количественную основу для всех клеток человеческого организма«, — поясняют исследователи в своей публикации.
По расчетам команды, средний взрослый мужчина имеет 36 000 млрд. клеток, а женщины и дети — 28 000 млрд. и 17 000 млрд. соответственно. Однако учитывая, что размеры тела у разных людей существенно различаются, а базовой моделью является мужчина, эти оценки все же содержат определенную долю неопределенности. Тем не менее «маловероятно, что неопределенность в пересчете мужского роста на женский и детского роста является значительной по сравнению с другими источниками ошибок в данных«, — пишут авторы.
Кроме того, было замечено, что коэффициент вариации размеров не зависит от среднего размера всех клеток, что говорит о наличии гомеостаза размеров для каждого типа. Эти открытия открывают путь к до сих пор не изученным областям клеточной биологии.