細胞生物學發(fā)展簡史

細胞生物學發(fā)展簡史摘要細胞生物學是研究細胞結(jié)構(gòu)、功能及生活史的一門科學。本文從細胞學說的建立和細胞學的形成、電鏡下的細胞和細胞生物學的興起以及現(xiàn)代細胞生物學與分子生物三方面,簡述了細胞生物學的發(fā)展歷程。

summaryCellbiologyisa

scientific

studyof

cell

structure,

functionandlife

history.

Thisarticle

fromthe

riseof

cellsand

cellbiology,

theestablishmentand

formationofcytological

celltheory

undertheelectronmicroscope

andthe

moderncellbiology

andmolecularbiology

inthreeaspects,

thispaperexpoundsthedevelopinghistory

ofcellbiology.關(guān)鍵詞細胞學細胞生物學分子生物學KeywordCellbiology,

molecularbiology,

cytology.細胞學說的創(chuàng)立1665年，英國的物理學家胡克(R.Hooke)用自制的顯微鏡觀察了軟木(櫟樹皮)和其他植物組織，發(fā)表了《顯微圖譜》(micrographia)一書，描述了軟木是由許多小室組成，狀如蜂窩，稱之為“細胞”(cell原意為小室)。實際上，胡克在軟木組織中所看到的僅是植物死細胞的細胞壁。這是人類第一次看到細胞輪廓，人們對生物體形態(tài)的認識首次進入了細胞這個微觀世界。1675年(A.V.Leeuwenhoekia)用自制的高倍放大鏡先后觀察了池塘水中的原生動物、動物的精子，在蛙魚的血液中發(fā)現(xiàn)了紅細胞；1683年，他又在牙垢中看到了細菌。1831年，布朗(R.Brown)在蘭科植物的葉片表皮細胞中發(fā)現(xiàn)了細胞核。1835年，迪雅爾丹(E.Dujardin)在低等動物根足蟲和多孔蟲的細胞內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)了透明的膠狀物質(zhì)的內(nèi)含物，稱之為“肉樣質(zhì)”(sarcoide)。1836年，瓦朗丁(Valentin)在結(jié)締組織細胞核內(nèi)發(fā)現(xiàn)了核仁。至此，細胞的基本結(jié)構(gòu)都被發(fā)現(xiàn)了。

在19世紀以前，許多學者的工作，都著眼于細胞的顯微結(jié)構(gòu)方面，主要從事于形態(tài)上的描述，而對各種有機體中出現(xiàn)細胞的意義，均未作出理論上的闡述和概括。1838-1839年，德國植物學家施萊登(M.J.Schleiden)和動物學家施旺(T·Schwann)根據(jù)自己研究和總結(jié)前人的工作，首次提也了細胞學說(celltheory)。他們認為“一切生物從單細胞到高等動、植物都是由細胞組成的；細胞是生物形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能活動的基本單位”。由此論證了生物界的統(tǒng)一性和共同起源。恩格斯曾對細胞學說的建立給予了高度的評價，認為它是19世紀自然科學上的三大發(fā)現(xiàn)之一(細胞學說、達爾文進化論、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律)。他指出，首先是三大發(fā)現(xiàn)，使我們對自然過程的相互聯(lián)系的認識大踏步地前進了：第一次發(fā)現(xiàn)了細胞，發(fā)現(xiàn)細胞是這樣一個單位，整個植物體和動物體都是從它的繁殖和分化中發(fā)育起來的。由于這一發(fā)現(xiàn)，我們不僅知道一切高等有機體都是按照一個共同規(guī)律發(fā)育和生長的，而且通過細胞的變異能力指出有有機體能改變自己物種并從而能實現(xiàn)一個比個體發(fā)育更高的發(fā)育道路。由此可見，只有在細胞學說建立之后，才能明確提出細胞是生物有機體的結(jié)構(gòu)和生命活動的單位，又是生物個體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育的基礎(chǔ)。顯然，細胞學說的創(chuàng)立是細胞學發(fā)展史上的一個重要里程碑，此后細胞學很快發(fā)展成為一門新的獨立學科，并成為細胞生物學發(fā)展的起點。(二)細胞學的經(jīng)典時期從19世紀中葉到20世紀初葉，這一時期細胞學得到蓬勃發(fā)展，研究方法主要是顯微鏡一的形態(tài)描述，稱為細胞學的經(jīng)典時期。這一時期，首先是實驗技術(shù)的革新。研究的主要特點是應(yīng)用固定和染色技術(shù)，在光學顯微鏡下觀察細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和細胞的分裂活動。Corti(1851年)和Hartig(1854年)等使用洋紅、Bōh(huán)m(1865年)使用蘇木精，對細胞進行染色；Oschatz設(shè)計出第一臺切片機，而ErnestAbbe'(1887年)設(shè)計出一臺復(fù)式顯微鏡并具有消色差物鏡、載物臺下聚光器和照明，這些技術(shù)和儀器觀察細胞形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)都起到了重要的推動作用。19世紀末葉，人們對細胞質(zhì)的形態(tài)觀察也較注意，相繼觀察到幾種重要的細胞器。1883年范·貝內(nèi)登和博費里(Boveri)發(fā)現(xiàn)了中心體，1897年，斑達(Banda)發(fā)現(xiàn)了線粒體，1898年，高爾基(Golgi)發(fā)現(xiàn)了高爾基體。由于諸多發(fā)現(xiàn)，使大家對細胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有了較為深入的理解。(三)實驗細胞學的發(fā)展從20世紀初葉到中葉，為實驗細胞學的發(fā)展時期。此期間，細胞學的研究從形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察深入到生理功能、生物化學、遺傳發(fā)育機制的研究。利用20世紀的新技術(shù)、新方法，在相鄰學科的滲透下采用了實驗手段，使細胞學與有關(guān)學科相互滲透，從而逐漸形成一些分支學科。特別是這一階段后期，由于體外培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用，使實驗細胞學得到迅速發(fā)展。從20世紀40年代開始，電子顯微鏡的應(yīng)用，使細胞形態(tài)學的研究深入到亞顯微水平。1933年，Ruska設(shè)計制造了第一臺電子顯微鏡，其性能遠遠超過了光學顯微鏡。電子顯微鏡的分辨率由最初的500nm改進到現(xiàn)在的幾個?魡，放大倍數(shù)可達到幾十萬倍以上。1949年，Soverdlow發(fā)明了異丁烯酸定理，1952年，Palade使用鋨酸固定法，1953年，設(shè)計了超薄切片用的切片用的切片機。由此，許多學者用電鏡技術(shù)觀察了細胞內(nèi)各種細胞器的亞微結(jié)構(gòu)，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體、溶酶體等。因而，對細胞質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的認?覽識又深入了一步，使細胞學的研究得到全面的發(fā)展。(四)細胞生物學的興起從20世紀50年代開始，逐步開展了在分子水平上研究細胞的結(jié)構(gòu)和功能，這方面的研究成果以及分子生物學取得的巨大成就，大大促進了細胞生物學的興起和發(fā)展。

20世紀40年代，隨著生物化學、微生物學與遺傳學的相互滲透和結(jié)合，分子生物學開始萌芽。1941年，比德爾(Beadle)和塔特姆(Tatum)提出了“一個基因一個酶”的理論。1944年，艾弗里(Avery)等在生物的轉(zhuǎn)化實驗中證明了DNA是遺傳物質(zhì)，1948年，博伊文(Boivin)等從測定生殖細胞和各種體細胞中DNA的含量，提出了DNA含量恒定理論。1953年沃森(Watson)和克里克(Crick)用X射線衍射法得出了DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)模型，這一劃時代的成就，奠定了分子生物學的基礎(chǔ)。1956年科恩伯格(Kornberg)從大腸桿菌提取液中獲得了DNA聚合酶，并以該菌的DNA單鏈片段為引物，在離體條件下第一次成功地合成了DNA片段的互補鏈。1958年，梅塞爾森(Meselson)等利用放射性同位素與梯度離心法，分析了DNA的復(fù)制過程，證明了DNA復(fù)制是“半保留復(fù)制”。同年，克里克又創(chuàng)立了遺傳信息傳遞的“中心法則”。1961年，尼倫堡(Nirenberg)和馬泰(Matthaei)等通過對核糖核酸的研究，確定了每一種氨基酸的“密碼”。同年，雅各布(Jacob)和莫諾(Monod)又提出了操縱子學說。由于這些分子生物學的新成就、新概念、新技術(shù)滲入到細胞學各個領(lǐng)域，于是從分子水平、亞細胞水平和細胞整體水平來研究細胞各種生命活動，如生長、發(fā)育、遺傳、變異、代謝、免疫、起源與進化，就形成了生物學的一門新的分支學科——細胞生物學，即細胞