«Ячейка жизни» – так называют живую клетку. И это вполне справедливо: именно появление живой клетки можно считать «точкой отсчёта» в истории жизни. Сам по себе белок или нуклеиновая кислота – ещё не жизнь, даже их «встречу» не всегда можно считать жизнью (скажем, в отношении вирусов никто не берётся утверждать с уверенностью, что они живые, хотя и белок, и нуклеиновая кислота у них есть. Но как только появилась структура, не только состоящая из органических веществ и отделённая от внешнего мира, но и поглощающая из него какие-то вещества и перерабатывающая их в иные с выделением энергии, воспроизводящая самоё себя – тут мы уже можем говорить о жизни, поскольку здесь есть два её основополагающих признака: обмен веществ и размножение. Элементарной единицей жизни является клетка.
В ходе эволюции клетки объединялись, образовав со временем многоклеточные организмы. Одним из таких организмов является человек. Сколько клеток включает в себя наше тело?
Но в том-то и дело, что дать на этот вопрос точный ответ не может никто! Во-первых, число их постоянно меняется – одни погибают, другие делятся… одних только клеток кишечного эпителия ежедневно погибает около 70 тысяч! После 25 лет неуклонно сокращается количество клеток головного мозга.
Во-вторых, число клеток в человеческом организме огромно – и это тоже существенным образом затрудняет их подсчёт, ведь дело приходится иметь с числами поистине астрономическими!
Наконец, количество клеток различается от особи к особи (естественно, у младенца оно будет одним, у взрослого человека – другим и т.п.).
Итак, точно указать количество клеток, составляющих человеческий организм, невозможно, однако же некоторые приблизительные подсчёты всё-таки сделаны. Приблизительное их количество составляет десять в двенадцатой степени, или сто триллионов (вот уж поистине тот случай, когда число лучше привести прописью – иначе можно утонуть в нулях!).
Клетки нашего организма поражают не только числом, но и разнообразием. Скажем, наши нервные клетки человека отличаются от его же мышечных клеток сильнее, чем человеческие мышечные клетки от аналогичных кошачьих. Количество некоторых видов клеток «задано» изначально – например, после рождения уже не увеличивается число нервных клеток мозга. У женщины не возникают новые яйцеклетки – только созревают те, что возникли во внутриутробном периоде (дамы, не желающие отказаться от рюмки и сигареты во время беременности, это сказано для вас! Если вы сейчас повредите яйцеклетки вашей дочери, потом это уже нельзя будет исправить, ведь новых яйцеклеток не будет!).
С другой стороны, есть клетки, которые живут считанные дни – а затем им на смену приходят новые. Таковы, например, клетки крови, кишечного эпителия. Именно по обновлению таких клеток в первую очередь «бьёт» радиация, и потому при радиоактивном поражении бывает т.н. «фаза ходячего трупа»: первые симптомы лучевой болезни схлынули, человек вполне хорошо себя чувствует – но он уже обречён, организм ещё «выезжает» на имеющихся клетках – но они постепенно вырабатывают ресурс, а новые им на смену не приходят, и когда эти клетки закончатся – впереди будет только мучительная смерть…
Строение клеток тоже разнообразно. Некоторые из них в процессе эволюции утратили какие-то органеллы – например, эритроциты лишены ядра (оно бы у них только занимало лишнее место). У других клеток функции между их частями распределились самым неожиданным образом: так, обычно функция оболочки сводится к отделению клетки от внешнего мира и защите, а вот у нервных клеток (нейронов) оболочка – главное «действующее лицо», именно она генерирует электрические импульсы, передаваемые по нейронам!
Различаются клетки и по размеру. Примечательно, что «рекордсменами» с «обоих концов» в этом плане оказываются половые клетки: женские клетки (яйцеклетки) – самые крупные, мужские (сперматозоиды) – самые мелкие…
Впрочем, о клетках человеческого тела можно говорить бесконечно, особенно если учесть, что и сегодня о них известно далеко не всё.
Что известно о человеческом организме? Сколько клеток в организме взрослого человека? Как они растут и развиваются, для чего предназначены? Во всем мире ученые пытаются разгадать эти загадки.
Что такое клетка?
Ученые изучают организмы растений, животных, людей. Клетка - это самая малая часть любого организма. В теле человека их очень много, более 100 триллионов. Точное число неизвестно. Сколько клеток в организме человека умирает ежедневно? Количество зависит от предназначения. Так, например, у кишечного эпителия - 70 миллиардов в сутки, кровяных - 2 миллиарда, а клетки нервной системы не восстанавливаются после отмирания.
Впервые о клетках узнал в 1665 году Он понял, что чем взрослее человек, тем больше этих структурных элементов в его организме. Нельзя точно посчитать, , потому что они отмирают и рождаются ежеминутно.
Строение и функции
Нельзя сказать, сколько примерно клеток в организме человека, но ученые точно знают, что они имеют сложное строение.
Большинство состоит из:
- ядра, его называют сердцем клетки;
- цитоплазмы;
- ядрышка;
- митохондрий;
- оболочки ядра;
- эндоплазматического сетчатого образования;
- рибосом;
- лизосом;
- ямок и пор;
- оболочки клетки, которая обеспечивает целостность, регулирует внутриклеточный баланс.
Функции связаны с синтезом веществ. вырабатывают гормоны или ферменты. Молочные железы производят молоко, поджелудочная - инсулин. Некоторые ничего не синтезируют, например клетки мышц.
Вне зависимости от того, сколько клеток в организме человека, без него они не выживут. Клетки, как элементы мозаики, составляют единый организм.
Клетки крови
Из чего же состоит жидкость, которая течет по венам людей? Она содержит плазму и клеточные элементы:
- красные кровяные тельца - эритроциты;
- тромбоциты;
- белые кровяные тела - лейкоциты.
Пигментные клетки
Меланоциты в организме человека отвечают за цвет кожи, волос, глаз и некоторых внутренних органов. Такие клетки содержат в цитоплазме пигменты, обуславливающие их действие. Меланоциты выполняют еще и защитную функцию от ультрафиолетовых лучей, отвечают за загар. Клетки по виду древообразные.
Клетки нервной системы
Это одни из тех, что не восстанавливаются после отмирания. Их научное название - нейроны. Их задача - обрабатывать и передавать информацию с помощью производимых ими электрических импульсов. Нейроны делятся на несколько видов:
- сенсорные (отвечают за реакцию на свет, звук);
- двигательные;
- интернейроны.
В состав входит тело аксон. По своему строению они также разделены на несколько групп. Нервная система человека содержит около 10 миллиардов нейронов. Ежегодно около 10 тысяч отмирают и уже не восстанавливаются. Чем старше человек, тем меньше их остается.
Половые клетки
Сколько клеток в организме человека отвечают за размножение? Их два вида, они делятся на мужские - сперматозоиды - и женские - яйцеклетки. Мужская половая клетка по размеру значительно крупнее женской, так как содержит большее количество цитоплазмы. Впервые их открыли в 1677 году, а сами термины появились в начале 19-го века.
Несмотря на то что нельзя точно сказать, сколько клеток в организме человека, ученые изучили практически все их виды. Их участие напрямую связано с существованием всего живого на планете Земля. Ученые пытаются научиться самостоятельно выращивать человеческие клетки в условиях исследовательских лабораторий. Возможно, у них это получится.
Сколько клеток в нашем организме? Вы знаете ответ? Ученые до сих пор выясняют точное число. Но исследования не заканчивают. Если ответить коротко, тело среднестатистического человека состоит из 30-40 триллионов клеток. Если углубиться, ученые пока не знают точного числа. К тому же, стоит ли учитывать бактерии, которые присутствуют в теле и на нем, вот еще вопрос.
Фактически, большую часть клеток в теле составляют эритроциты. Несмотря на то, что они составляют более 80 процентов нашего тела, они представляют всего около 4 процентов от его общей массы. Это объясняется тем, что диаметр эритроцитов - в среднем 8 микрометров, что в 10 раз меньше диаметра среднего человеческого волоса.
эритроциты
Напротив, средний размер жировой клетки составляет 100 микрометров. Жировые клетки составляют почти 19 процентов массы тела, но вносят менее 0,2 процента в общее количество клеток.
Почему же так сложно определить точное количество клеток в организме?
Отсутствие скоординированных усилий
В 2013 году команда исследователей из Греции, Италии и Испании опубликовала оценку количества клеток в организме. Они использовали данные других исследований об отдельных органах и некоторые математические модели, чтобы получить свои результаты.
По их мнению, количество клеток составляло 37,2 трлн, плюс или минус около 0,81 трлн.
Старший автор Пьерлуиджи Стрипполи, адъюнкт-профессор прикладной биологии в университете Болоньи в Италии, сообщил, что «трудно получить точные данные для диффузных систем», таких как кровеносные сосуды и нервы. На самом деле, команда не смогла исследовать все органы и типы клеток в организме, поэтому это число является «первоначальным усилием».
Клетки человека и бактерии
Фактически, они выполнили два разных расчета. Первый оценивает количество клеток мужчины весом 100 килограммов, используя средний объем клетки от 1000 до 10000 кубических микрометров. Это дало им «точку отсчета» в диапазоне от 30 до 40 триллионов клеток.
Затем они вычислили фактическое число пяти наиболее распространенных типов клеток у среднего взрослого мужчины, на долю которых приходится 97 процентов клеток в организме. Таким образом, было установлено, что 84% из 30 триллионов клеток составляют эритроциты.
Однако, человеческие клетки не являются единственными клетками в нашем теле. Хотя в предыдущих исследованиях было установлено, что в нашем организме в 10 раз больше бактерий, чем собственных клеток, профессор Мило и его коллеги пересмотрели это число. Оно составляет примерно 38 трлн.
Интересно, что, несмотря на такое большое количество, бактерии намного меньше, чем человеческие клетки, и составляют всего 200 граммов общей массы тела, по словам профессора Мило.
Учитывая, почти равное количество клеток и бактерий в нашем организме можно утверждать, что мы являемся людьми настолько, насколько же и бактериями, с общим числом клеток в 70 триллионов.
Триллионы клеток в человеческом теле встречаются во всех формах и размерах. Эти крошечные структуры являются основной . Клетки формируют ткани органов, которые образуют системы органов, работающих вместе для поддерживания жизнедеятельности организма.
В теле есть сотни различных типов клеток, и каждый тип подходит для той роли, которую он выполняет. Клетки пищеварительной системы, к примеру, отличаются по структуре и функции от клеток костной системы. Независимо от различий, клетки тела зависят друг от друга, прямо или косвенно, чтобы организм функционировал как единое целое. Ниже приведены примеры различных типов клеток в организме человека.
Стволовые клетки
Стволовые клетки являются уникальными клетками организма, поскольку они неспециализированы и обладают способностью развиваться в специализированные клетки для определенных органов или тканей. Стволовые клетки способны к многоразовому делению, чтобы пополнить и восстановить ткань. В области исследований стволовых клеток ученые пытаются использовать преимущества возобновляемых свойств, применяя их в создании клеток для восстановления тканей, трансплантации органов и лечения болезней.
Костные клетки
Кости являются типом минерализованной соединительной ткани и основным компонентом скелетной системы. Костные клетки образуют кость, которая состоит из матрицы минералов коллагена и фосфата кальция. В организме есть три основных типа костных клеток. Остеокласты представляют собой крупные клетки, которые разлагают кости для резорбции и ассимиляции. Остеобласты регулируют минерализацию кости и производят остеоид (органическое вещество костной матрицы). Остеобласты созревают для образования остеоцитов. Остеоциты помогают в формировании кости и поддерживают баланс кальция.
Клетки крови
От транспортировки кислорода по всему телу до борьбы с инфекцией, клетки жизненно важны для жизни. Есть три основных типа клеток в крови - это эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Эритроциты определяют тип крови и также ответственны за транспортировку кислорода в клетки. Лейкоциты являются клетками иммунной системы, которые разрушают и обеспечивают иммунитет. Тромбоциты помогают сгущать кровь и предотвращают чрезмерную потерю крови из поврежденных кровеносных сосудов. Клетки крови продуцируются костным мозгом.
Мышечные клетки
Мышечные клетки образуют мышечную ткань, что важно для телесного движения. Скелетная мышечная ткань прикрепляется к костям, способствуя движению. Скелетные мышечные клетки покрыты соединительной тканью, которая защищает и поддерживает пучки мышечных волокон. Сердечные мышечные клетки образуют непроизвольную сердечную мышцу. Эти клетки помогают в сокращении сердца и соединяются друг с другом посредством интеркалированных дисков, позволяющих синхронизировать сердечный ритм. Гладкая мышечная ткань не стратифицирована как сердечная или скелетная мышцы. Гладкая мышца - непроизвольная мышца, которая образует полости тела и стенки многих органов (почек, кишечника, кровеносных сосудов, дыхательных путей легких и т.д.).
Жировые клетки
Жировые клетки, также называемые адипоцитами, являются основным клеточным компонентом жировой ткани. Адипоциты содержат триглицериды, которые могут быть использованы для получения энергии. Во время хранения жира, жировые клетки набухают и приобретают круглую форму. Когда жир используется, эти клетки уменьшаются в размерах. Жировые клетки также обладают эндокринной функцией, поскольку они продуцируют гормоны, влияющие на метаболизм половых гормонов, регуляцию кровяного давления, чувствительность к инсулину, хранение или использование жиров, свертывание крови и сигнализацию клеток.
Клетки кожи
Кожа состоит из слоя эпителиальной ткани (эпидермиса), который поддерживается слоем соединительной ткани (дермы) и подкожным слоем. Самый внешний слой кожи состоит из плоских эпителиальных клеток, которые плотно укомплектованы вместе. Кожа защищает внутренние структуры организма от повреждений, предотвращает обезвоживание, действует как барьер против микробов, сохраняет жир, вырабатывает витамины и гормоны.
Нервные клетки (нейроны)
Клетки нервной ткани или нейроны являются основной единицей нервной системы. Нервы осуществляют передачу сигналов между мозгом, спинным мозгом и органами тела посредством нервных импульсов. Нейрон состоит из двух основных частей: тело клетки и нервные процессы. Тело центральной клетки включает нейронное , ассоциированную и . Нервные процессы - это «пальцеобразные» проекции (аксоны и дендриты), простирающиеся от клеточного тела и способны проводить или передавать сигналы.
Эндотелиальные клетки
Эндотелиальные клетки образуют внутреннюю оболочку сердечно-сосудистой системы и структур лимфатических систем. Эти клетки составляют внутренний слой кровеносных сосудов, лимфатических сосудов и органов, включая мозг, легкие, кожу и сердце. Эндотелиальные клетки ответственны за ангиогенез или создание новых кровеносных сосудов. Они также регулируют движение макромолекул, газов и жидкости между кровью и окружающими тканями, а также помогают регулировать кровяное давление.
Половые клетки
Раковые клетки
Рак является результатом развития аномальных свойств в нормальных клетках, что позволяет им неконтролируемо делиться и распространяться в других местах организма. Развитие может быть вызвано мутациями, которые происходят от таких факторов, как химикаты, радиация, ультрафиолетовое излучение, ошибки репликации или вирусная инфекция. Раковые клетки теряют чувствительность к сигналам против роста, быстро размножаются и утрачивают способность проходить .
Число клеток человеческого тела примерно соответствует числу наших бактерий-симбионтов.
Когда заходит речь о желудочно-кишечной микрофлоре, то часто можно услышат, что число бактериальных клеток, живущих в нашем пищеварительном тракте, в 10 раз превосходит число клеток, из которых сложено наше тело. Соотношение, безусловно впечатляющее - сразу становится понятно, как много в нас бактерий и какую большую роль они играют в нашей жизни.
Процентные доли разных клеток в теле человека. (Иллюстрация R. Sender, S. Fuchs and R. Milo /bioRov.org 2016.)
Бактерии Lactobacillus rhamnosus – одни из полезных симбионтов пищеварительной системы человека и животных, подавляющие рост своих патогенных «коллег». (Фото Visuals Unlimited / Corbis.)
Эритроциты – самые многочисленные человеческие клетки. (Фото Visuals Unlimited / Corbis.)
Соотношение «10 к 1» - довольно старое, его долгое время признавали все биологи (а некоторые даже говорили, что оно на самом деле ещё, больше, что микробы превосходят числом наши собственные клетки в 100 раз). Однако в последнее время специалисты всё чаще говорят о том, что пропорция сильно преувеличена, и что её надо пересмотреть. Скажем, по мнению Американского микробиологического общества, действительное соотношение соответствует всего лишь трём бактериальным клеткам на одну человеческую. А в 2014 году Джуда Роснер (Judah Rosner ) из Национального института диабета и заболеваний почек и пищеварительной системы в своём письме в журнал Microbe вообще высказался в том смысле, что пресловутые «10 к 1» - неправда, и популярность этих цифр говорит только о любви исследователей к круглым цифрам.
Исследователи из Института Вейцманна взялись точно пересчитать злосчастную пропорцию заново. В статье, опубликованной на сайте bioRxiv.org , авторы работы пишут, что «среднее» человеческое тело весом 70 кг содержит около 30 трлн собственных клеток и около 40 трлн бактерий, то есть соотношение равно примерно 1,3 - разительное отличие от прежнего десятикратного преобладания микробов. Оценка бактерий допускает 25% отклонение, то есть их может быть 30 трлн или 50 трлн, однако до «10 к 1» это в любом случае не дотягивает.
В работе Рона Сендера (Ron Sender ) и его коллег можно найти и другие удивительные цифры. Например, самыми многочисленными клетками нашего тела оказались эритроциты: на их долю приходится 84%. С другой стороны, если считать по массе, то тут ведут мышцы и жир - на них приходится 75% массы тела, однако мышечные и жировые клетки довольно велики и потому составляют всего 0,1% (!) от полного клеточного числа. Разумеется, не стоит забывать, что здесь всё посчитано для «среднего человеческого тела массой 70 кг», и, например, для женщин, у которых объём крови меньше, соотношение между клетками тела и бактериями сдвинется примерно на треть в пользу последних, а у растущих детей доля бактерий будет, естественно, снижаться. А вот при ожирении клеточная пропорция меняется не слишком сильно (что понятно, если вспомнить, что жировые клетки вместе с мышечными составляют меньшинство).
Пересчёт клеток проводили на основании имеющихся на сегодняшний день данных, так что в будущем, при перепроверке соотношения, скорее всего, будут использовать и экспериментальные методы «переписи клеточного населения». Некоторые специалисты в своих отзывах на вышеописанную работу указали на то, что здесь учитывались только бактерии, а ведь в нас и на нас живут ещё и археи, грибы, вирусы и другие микроорганизмы; и если принять в расчёт, к примеру, вирусы, которые превосходят числом бактерий, то соотношение «1,3 микроорганизма на одну клетку человека» явно сдвинется в пользу микробиома. Что до того, насколько с практической точки зрения нужно выяснять полный баланс между клетками тела и микробами, то тут мнения могут быть разными, и многие полагают, что знать общую цифру здесь, безусловно, интересно, но бесполезно. Впрочем, одну важную пользу здесь следует указать: когда вы захотите сослаться на некие общеизвестные сведения, которые вы выучили не один десяток лет назад (особенно, если сведения носят медицинский или околомедицинский характер), полезно поинтересоваться, что по этому поводу думает современная наука.