骨は賢く、軽くて丈夫なうえ、折れると自ら修復します。さらに、見た目には分かりませんが、骨は絶えず新しくなり、古い骨を新しい骨に置き換えています。
これは骨に限ったことではありません。ほかの 組織 や 細胞 （とりわけ皮膚）も入れ替わります。しかし骨は、身体の機械的・生理的なニーズに合わせて適応しながら、それを行います。
骨格はどのようにして、これほど驚くべきことを成し遂げているのでしょうか。新しい画像技術により、これまで十分に注目されてこなかった骨の側面、すなわち骨の内部深くに築かれた生きた細胞ネットワークが明らかになりつつあります。この生きたネットワークは、骨に最も多く存在する細胞、 驚くべき骨細胞で構成されています。
骨細胞（文字どおり「骨の細胞」）は、骨が形成される際に骨組織の中に 生きたまま埋め込まれます 。骨細胞は長く枝分かれした 樹状突起状の指 を発達させ、それらが組織内に入り込み、互いにつながります。
硬く岩のような骨の中で生きる骨細胞は、研究が困難でした。長い間、活動せず、興味深い点もないと考えられていました。現在では、骨細胞は 力学的なひずみを感知し、 骨組織の更新を統括し、 血流中のカルシウム濃度を調節することが分かっています。
脳とほぼ同じくらい複雑
こうした細胞とそのネットワークを調べる研究者が増えるにつれ、その全体像はより複雑になってきました。骨細胞が数多く存在し、密に相互接続していることは明らかです（下の画像を参照）。しかし、その実数はこれまで算出されていませんでした。算出する価値はあります。
生物学における数値は、 新たな知見の発見に役立ちます。その重要性は、多くの種に関する「バイオナンバー」を科学文献から集めた データベース や ハンドブック が研究者によって作られているほどです。
例えば、人間の大脳皮質にあるシナプスの数は、 150兆個と推定されています。MIT主導の市民科学プロジェクトでは、オンラインゲームの参加者12万人が、 脳がどのように動きを見るのか を理解する取り組みにすでに貢献しています。 EyeWireというプロジェクトを通じて、神経のつながりをマッピングしているのです。
では、なぜ骨細胞の数が重要なのでしょうか。骨の強度を制御し、カルシウムやリン酸塩などの必須ミネラルを血流に放出するだけでなく、こうした細胞が、免疫系の働き方、 体脂肪の量、 腎臓の働き方、さらには 男性の生殖能力にも影響を及ぼす可能性を示す証拠が、現在得られているからです。
そこで、骨細胞ネットワークの規模を把握するため、人間の骨格におけるその定量化に着手しました。 私たちが見いだしたこと は、予想をはるかに上回るものでした。骨格の中には、脳の神経ネットワークとほぼ同じくらい複雑なネットワークが存在するのです。
骨細胞とその樹状突起状の指は、骨の内部にネットワークを形成する
Kevin Mackenzie、アバディーン大学、Wellcome Images（B0008430）、 CC BY-NC-ND
数値を比べる
最近の画像データ（例： こちら 、 こちら）を用いて、人間の骨格には約420億個の骨細胞があると算出しました。これは地球の人口の約6倍です。一方、人間の脳には 860億個のニューロンがあり、その体積（約1.2リットル）は骨格の体積（約1.75リットル）と同程度です。ただし、もちろん骨格のほうが広く分布しています。
こうした小さな細胞の指の長さを合計し、端から端まで並べたと仮定すると、このネットワークは約17万5,000キロメートルに及ぶことが分かりました。これは地球の円周の4倍以上であり、脳の軸索の総延長である18万キロメートルとほぼ同じです。
多くの推定値は、以前に公表されたデータを単純な代数計算で処理して求めました。しかし、不可欠な情報の一つは簡単には推定できませんでした。それは、骨細胞が隣接する細胞と作る接続の数です。接続のない脳は何もできないため、骨細胞ネットワークの接続数を推定することは重要です。
残念ながら、骨細胞間の接続を直接見るのは困難です。代わりに見えるのは、骨細胞とその指が収まっている、骨の中の小さな管です。
そこで、この代替指標となる管のネットワークと、その内部の細胞ネットワークを測定するため、樹状突起状の指の分岐を表す数学モデルを用いました。このモデルに代替指標となるネットワークのデータを入力した結果、人間の身体の骨細胞ネットワークには23兆個の接続があると算出しました。
進化によって生まれた賢い生体材料
こうした測定値から見ると、骨格は脳によく似ています。同程度の大きさの空間に、同程度の数の細胞が相互接続しているのです。では、なぜ骨格にはこれほど複雑なネットワークが必要なのでしょうか。正確な理由は分かりませんが、こうした細胞がニューロンと同じように情報をやり取りすることは分かっています。
骨細胞が住む管は、 恐竜の化石を含め、古い骨にも残っています。この情報を利用すれば、骨がどのように進化し、自らを検知して調節する生体材料になったのかを理解できます。脳の化石では、それはできません。
骨細胞は、骨格のどこが弱く、強化が必要なのか、またどこに修復すべき損傷があるのかを互いに伝え合います。こうしたメッセージは骨の表面にある細胞に伝えられ、これらの細胞は損傷した骨（破骨細胞）を取り除き、新しい骨（骨芽細胞）を形成します。
こうした細胞がどのように情報を伝え合うのかは、ほとんど分かっていません。しかし、それが分かれば、 骨粗しょう症 や 骨形成不全症などの骨格疾患に対するより良い治療法を見つけたり、フットボール選手が 骨折後、より早く（そしてより安全に！）競技場へ復帰する方法を見つけたりできるかもしれません。
その間、次に立ち上がったり、歩き回ったり、ウェイトトレーニングをしたりするときには、骨の中の骨細胞ネットワークが、あなたがかけている負荷やひずみにどう応答しているのかを考えてみてください。そして、あなたを支えられるほど骨格を強く（そして賢く）保ってくれている骨細胞に感謝しましょう。
この記事は、 The Conversationとの協力のもとで掲載されています。 元の記事をお読みください。
この記事の掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：Pascal Buenzliはモナシュ大学の応用数学講師です。Natalie Simsはセント・ビンセント病院メルボルンの准教授です。
画像：ヘルツォーゲンアウラハにあるアディダスのイノベーション研究所で、骨格標本と測定器具が写っています。REUTERS/Michael Dalder
