فهرست تمام سلول‌های انسان از یک الگوی ریاضی تابعیت می‌کنند

به گزارش خبرنگار علم و فناوری آنا، بدن انسان از اجتماع پیچیده‌ای از تریلیون‌ها سلول با اشکال و اندازه‌های مختلف تشکیل شده است که همه با هم کار می‌کنند تا ما را زنده نگه دارند. کوچک‌ترین این سلول‌ها، مانند پلاکت‌ها و گلبول‌های قرمز خون در سایه سلول‌های عضلانی عظیم کم اهمیت شده‌اند. این دو نوع سلول از نظر اندازه مثل حشره در مقابل نهنگ آبی هستند.

محققان در این راستا، داده‌های تمام انواع اصلی سلول‌های بدن را جمع‌آوری کرده‌اند و یک الگوی ریاضی آشنا را در رابطه با این سلول‌ها کشف کرده‌اند. یک رابطه معکوس بین اندازه و تعداد سلول وجود دارد، به این معنی که تعداد سلول‌های کوچکتر از سلول‌های بزرگ‌تر بیشتر است. در واقع، سلول‌ها با اندازه‌های مختلف، همگی دارای جرم کل مشابهی هستند، به طوری که سلول‌های کوچک و متعدد مانند گلبول‌های قرمز خون به اندازه بزرگ‌ترین سلول‌ها در کل بدن نقش دارند.

«یان هاتون» (Ian Hatton)، بوم‌شناس دانشگاه مک‌گیل کانادا، می‌گوید: ما این الگو را در همه جا و در زمینه‌های مختلف می‌بینیم.

او می‌افزاید: الگوی بین اندازه و عدد نام‌های مختلفی دارد. در اکولوژی، اغلب به نام «ریموند شلدون» (Raymond Sheldon)، بوم‌شناس دریایی، «طیف شلدون» نامیده می‌شود. شلدون و همکارانش کشف کردند که وقتی پلانکتون‌ها را بر اساس اندازه در مقیاس لگاریتمی مرتب می‌کنید، هر کلاس اندازه دارای جرم یکسانی از موجودات است. با افزایش اندازه، تعداد در یک کلاس کاهش می‌یابد، اما جرم کلی بدون تغییر است.

سال ۲۰۲۱، هاتون و همکارانش نشان دادند زمانی که زیست توده موجودات اقیانوسی را به طور کلی در مقیاس لگاریتمی از باکتری تا نهنگ -نه فقط پلانکتون- دسته‌بندی می‌کنیم، همان الگو نیز در بدن وجود دارد.

این روند ممکن است در فراوانی کلمات استفاده شده در زبان‌های مختلف هم وجود داشته باشد؛ جایی که «قانون زیف» (Zipf's law) به نام «جورج زیف» (George Zipf) زبان‌شناس شناخته می‌شود. برای مثال، اگر کلمات استفاده شده در یک کتاب انگلیسی را تجزیه و تحلیل کنید، متوجه خواهید شد که چند کلمه کوتاه و پرتکرار مانند «the» و «of» با کلمات طولانی‌تر و کم‌تکرار مانند «trombone» و «parliament» از نظر تعداد حروف با هم برابری می‌کنند. یافتن این الگو در سلول‌های انسانی به حجم عظیمی از داده‌ها نیاز داشت.

«اوگنی زاتولوسکی» (Evgeny Zatulovskiy)، زیست‌شناس دانشگاه استنفورد که در این پروژه مشارکت نداشته، می‌گوید: ممکن است شگفت‌انگیز به نظر برسد که ما هنوز اندازه سلول را به خوبی درک نکرده‌ایم. مطالعه جدید فهرست بسیار جامعی از انواع سلول‌های مختلف بدن ما در مورد تعداد و اندازه آن‌ها ارائه می‌دهد.

«جفری شاندر» (Jeffery Shander)، محقق مستقل، برای اولین بار بیش از یک دهه پیش شروع به جمع‌آوری این داده‌ها کرد. بخش اعظم آن از کمیسیون بین‌المللی حفاظت رادیولوژیکی می‌آید که جسد‌های بی‌شماری را کالبدشکافی کرده و اندام‌های آن‌ها را وزن کرده تا مدلی مرجع از یک فرد بسازد.

اما هاتون می‌گوید: کمیسیون بین‌المللی حفاظت رادیولوژیکی روی مدل مردانه تمرکز داشته است. از این رو، هاتون و همکارانش سعی کردند اطلاعاتی را برای زنان و کودکان نیز جمع‌آوری کنند.

محققان در مجموع توانستند داده‌هایی را از بیش از هزار و ۵۰۰ منبع جمع‌آوری کنند تا نشان دهند که الگوی اندازه-عدد معکوس در سلول‌های یک مرد، زن و کودک معمولی وجود دارد. به طور کلی، محققان تخمین می‌زنند که یک مرد بالغ به طور متوسط از حدود ۳۶ تریلیون سلول تشکیل شده است، در حالی که یک زن از ۲۸ تریلیون سلول تشکیل شده است و یک کودک ۱۰ ساله دارای ۱۷ تریلیون سلول است.

تخمین محققان دانشگاه مک‌گیل نیز مشابه مطالعات قبلی است؛ از جمله مواردی که انواع سلول‌ها و بافت‌های کمتری را به دلیل حضور بی‌شمار سلول‌های خونی کوچک مورد بررسی قرار داده‌اند.

این مهم است که بفهمیم چه تعداد از هر نوع سلول وجود دارد. به عنوان مثال، تیم دریافت که تعداد کل لنفوسیت‌ها در بدن به شدت دست‌کم گرفته شده است و تعداد این سلول‌ها به جای ۵۰۰ میلیارد ممکن است به ۲ تریلیون برسد. هاتون می‌گوید: لنفوسیت‌ها در تمام عملکرد‌های دفاع در برابر بیماری‌ها نقش دارند و درک تعداد کل آن‌ها برای افراد مبتلا به بیماری‌هایی مانند لوسمی و ایدز مهم است.

علاوه بر این، تعداد سلول‌ها با تقسیم سلولی تعیین می‌شود، فرآیندی که وقتی از بین می‌رود، منجر به سرطان می‌شود. هاتون می‌گوید: درک ویژگی‌های اساسی سلول‌ها مانند اندازه و تعداد می‌تواند به ما در درک ناهنجاری‌ها کمک کند.

اگر چه الگوی اندازه -عدد در زبان، زیست‌توده اقیانوس‌ها و هم‌اکنون در سلول‌های انسانی صدق می‌کند، منشاء آن هنوز یک معما باقی مانده است. با این حال هاتون معتقد است که وجه اشتراک آن ممکن است به این معنا باشد که مکانیسمی عمیق و زیربنایی در جهان وجود دارد که در همه چیز مشترک است.