新研究发现人类细胞数量与大小的分布特征

人类细胞具有不同的大小，但不同大小的细胞其总质量基本相同。图为人体干细胞示意图。（Shutterstock）

在十多年前开始的一项研究中，科学家估算了人体由多少个细胞组成：研究人员利用来自1,500多个已发表来源的数据，确定男性由大约36万亿个细胞组成，女性约有28万亿个细胞，一个10岁的孩子约有17万亿个细胞。更重要的是，这些细胞遵循自然界其它地方也会出现的基于大小和质量的数学模式。

新数据显示，如果将人类大小相似的细胞分组在一起，则每组细胞的总质量大致相同。国际研究小组9月18日在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了其研究结果。

“关键是寻找描述不同人体组织中细胞数量的论文”，合著者、加拿大麦吉尔大学的生态学家埃里克‧加尔布雷斯（Eric Galbraith）告诉《新科学家》（New Scientist）杂志的杰森‧阿伦‧穆鲁格苏（Jason Arunn Murugesu），“然后去了解这些类型的组织是由哪些特定的细胞组成的，并知道这些细胞的大小范围是多少。”

人类细胞的大小并非都大致相同，而是差异很大。研究人员估计了1,200个细胞群的细胞质量、大小范围和细胞数量，这些细胞群可以进一步分为60个不同组织的400种细胞类型。他们发现，较小的细胞（例如血细胞）在我们的体内更为常见，而较大的细胞（例如肌肉细胞）则较少。而其中的规律是，组成每个尺寸类别的细胞的物质总量基本上是恒定的。

在各个科学领域都可以看到类似的尺寸分布。例如，在生态学中，从细菌到鲸鱼这样的海洋生物都呈现出相同模式。《科学新闻》（Science News）杂志写道，如果生物依据“对数标度”（logarithmic scale）按大小排序，则每个轴上的值呈指数级增长，较小的生物体比较大的生物体更常见，但每个类别中的生物体总质量对于所有体型类别来说基本保持一致。

这些数据与齐夫定律（Zipf’s law）相似，它是一项关于城市大小、小行星甚至语言学中的频率模式的定律。例如，一小部分短单词（例如“the”）经常出现在普通书籍中，而较长的单词则不太常见。

这种广泛的模式表明，可能存在“一些深层的潜在机制，是所有这些不同事物所共有的”，主要作者、德国马克斯‧普朗克数学研究所和麦吉尔大学的生物学家伊恩‧哈顿（Ian Hatton）告诉《科学新闻》杂志。但研究团队并不知道这个机制是什么：“我们还没有做到这一点。”

研究人员说，更多地了解体内细胞频度对于理解人类健康和疾病至关重要，尤其是癌症，当细胞数量因快速分裂而失去平衡时就会发生癌症。研究小组还估计，人类体内的淋巴细胞总数约为之前认为的四倍。淋巴细胞是白细胞，有助于抵抗感染和疾病。

尽管如此，因数据来自于以前主要针对男性的研究，细胞计数存在一些不确定性，尤其是对女性和儿童的估算。而目前这项新研究基于三个不同的解剖模型：一名155磅重的男性、一名130磅重的女性和一名70磅重的儿童。

英国牛津布鲁克斯大学的约翰‧鲁尼恩斯（John Runions）告诉《新科学家》杂志：“从纯科学的角度来看，对人体细胞多样性进行某种量化真令人着迷。当我向学生讲授细胞生物学和发育时，我会说，人是从单个受精细胞（受精卵）开始的，经历连续几轮的细胞分裂和分化，产生具有X个细胞的成年生物体。”

“X这个数量（是多少）一直是棘手的问题”，他说，“很高兴我对细胞数量的陈述现在至少可以达到正确的数量级。”