인간의 혈액에 있는 다양한 세포들을 보여주는 전자현미경 사진. 대부분 적혈구이고, 면역세포인 T세포(주황색)와 혈소판(녹색)이 일부 들어있다. 인체 세포는 적혈구처럼 크기가 작으면 수가 많고, 큰 근육세포는 수가 작아 종류에 상관없이 전체 질량은 거의 같은 것으로 나타났다./Dennis Kunkel

우리 몸에 있는 세포는 크고 작든 다 합치면 무게가 같은 것으로 나타났다. 덩치가 큰 세포는 수가 적고, 작으면 수가 많기 때문이다. 바다에서 고래가 작은 플랑크톤보다 수가 적은 것과 같은 이치다.

독일 막스 플랑크 연구소의 이안 해튼(Ian Hatton) 박사 연구진은 19일 국제 학술지 ‘미 국립과학원회보(PNAS)’에 “남녀 성인과 어린이를 막론하고 인체 세포에서 개수와 크기 사이에 반비례 관계가 있다는 사실을 확인했다”고 밝혔다.

◇세포마다 크기 달라도 전체 질량은 같아

연구진은 먼저 인체에 있는 세포 수를 알아보기 위해 1500건 이상의 과학 연구 자료를 분석했다. 인체에는 60개 조직에 걸쳐 400가지 이상의 세포가 있다. 연구진은 국제방사선방호위원회(ICRP)가 몸무게 70㎏인 성인 남성과 60㎏의 성인 여성, 32㎏ 10세 어린이를 대상으로 모든 조직 질량을 대조한 수치를 사용해 각 신체에 몇 개의 세포가 있는지 추정했다.

ICRP는 방사선이 인체에 미치는 영향을 알아보기 위해 대규모로 시신에서 각각의 장기 무게를 측정해 일종의 표준 인체 모델을 만든다. 분석 결과 성인 남성은 대략 36조개의 세포를 갖고 있었다. 여성은 그보다 적은 28조개였고, 어린이는 17조개로 나왔다.

이는 앞서 이스라엘 와이즈만 연구소와 캐나다 토론토 아동병원 연구진이 지난 2016년 ‘플로스 바이올로지’에 발표한 연구 결과와 비슷하다. 당시 연구진은 “20~30세의 몸무게 70㎏, 키 170㎝ 남성을 기준으로 볼 때 우리 몸에 사는 세균의 수는 39조 개 정도로 인간 세포 30조 개와 엇비슷한 규모”라고 밝혔다. 그 전까지 우리 몸에 사는 세균이 인간 세포보다 10배 많다고 알려졌는데 실제로는 거의 같다는 의미였다.

연구진은 이번 연구에서 새로운 사실을 확인했다. 일반적인 생각과 달리 혈액세포처럼 작은 세포의 총 질량은 커다란 근육세포와 거의 같았다. 동물로 치면 생쥐 집단의 전체 무게와 고래 집단의 무게가 같은 셈이다. 작은 세포는 수가 많고, 큰 세포는 수가 적기 때문이다. 세포 크기와 개수 사이에 반비례 법칙이 성립한다는 말이다.

인체 세포는 크기와 개수가 반비래한다. 크기가 큰 근육세포(myocyte, 주황색)은 작은 적혈구(erythrocyte, 붉은색)보다 훨씬 수가 적다./PNAS

◇해양 생물에서 언어까지 보편적 현상

해튼 박사는 “크기와 개수가 반비례하는 것과 같은 패턴은 이름은 다르지만 모든 곳에서 나타난다”고 말했다. 예를 들어 생태학에서는 ‘셸든 스펙트런(Sheldon spectrum)’이라고 불린다. 1969년 캐나다 베드포드 해양연구소의 레이먼드 셀든(Raymond Sheldon)은 바다에 사는 플랑크톤을 잡아 크기를 측정했더니 크기가 작을수록 수는 더 많다는 사실을 발견했다. 결국 플랑크톤은 종류에 상관없이 총 질량은 같다는 말이다.

해튼 박사는 이번 논문의 공동 저자인 캐나다 맥길대의 에릭 갈브레이스(Eric Galbraith) 교수와 함께 지난 2021년 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴스’에 같은 패턴이 해양 생물 전체에서 나타난다고 발표했다. 플랑크톤이든 고래든 크기가 작으면 수가 많고, 크면 수가 적은 관계가 성립한다는 말이다. 연구진은 해양 생물은 종류에 상관없이 각각 총질량이 10억t 근처라고 박혔다. 다만 고래 같은 대형 해양 포유류는 이 값보다 낮게 나왔다. 인간의 남획으로 개체수가 급감한 탓이다.

언어학에서 같은 패턴이 발견된다. 바로 ‘지프의 법칙(Zipf’s law)’이다. 미국 하버드대의 언어학자인 조지 지프(George Zipf)의 이름을 딴 것으로, 책에서 짧은 단어가 많이 쓰이고 긴 단어는 적게 사용된다는 말이다.

해양 생물의 몸무게와 개체수는 반비례한다. 덩치가 큰 고래는 작은 플랑크톤보다 훨씬 수가 적다./Science Advances

◇백혈병 원인 찾고 암 치료에 도움

인체에서 세포가 종류별로 얼마나 있는지 아는 것은 과학 연구에 중요하다. 연구진은 백혈구의 일종인 림프구는 지금까지 5000억개 정도로 알려졌지만, 실제로는 2조개로 추정된다고 밝혔다. 해튼 박사는 “림프구는 각종 질병에 대한 방어 기능을 담당한다”며 “핌프구의 전체 개수를 아는 것은 면역결핍으로 발생하는 백혈병과 인간면역결핍증(HIV) 환자에게 매우 중요하다”고 말했다.

세포 개수는 세포 분열에 좌우된다. 분열이 많이 일어나면 그만큼 숫자가 늘어난다. 세포가 무한정 분열하면 암세포가 된다. 연구진은 세포의 크기와 개수의 기본 특징을 이해라면 세포 이상을 이해하는 데 도움이 된다고 밝혔다.

참고 자료

PNAS(2023), DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2303077120

Science Advances(2021), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.abh3732

Psychonomic Bulletin & Review(2014), DOI: https://doi.org/10.3758/s13423-014-0585-6

Limnology and Oceanography(1972), https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.4319/lo.1972.17.3.0327