细胞生物学发展简史

细胞生物学发展简史摘要细胞生物学是研究细胞结构、功能及生活史的一门科学。本文从细胞学说的建立和细胞学的形成、电镜下的细胞和细胞生物学的兴起以及现代细胞生物学与分子生物三方面,简述了细胞生物学的发展历程。

summaryCellbiologyisa

scientific

studyof

cell

structure,

functionandlife

history.

Thisarticle

fromthe

riseof

cellsand

cellbiology,

theestablishmentand

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celltheory

undertheelectronmicroscope

andthe

moderncellbiology

andmolecularbiology

inthreeaspects,

thispaperexpoundsthedevelopinghistory

ofcellbiology.关键词细胞学细胞生物学分子生物学KeywordCellbiology,

molecularbiology,

cytology.细胞学说的创立1665年，英国的物理学家胡克(R.Hooke)用自制的显微镜观察了软木(栎树皮)和其他植物组织，发表了《显微图谱》(micrographia)一书，描述了软木是由许多小室组成，状如蜂窝，称之为“细胞”(cell原意为小室)。实际上，胡克在软木组织中所看到的仅是植物死细胞的细胞壁。这是人类第一次看到细胞轮廓，人们对生物体形态的认识首次进入了细胞这个微观世界。1675年(A.V.Leeuwenhoekia)用自制的高倍放大镜先后观察了池塘水中的原生动物、动物的精子，在蛙鱼的血液中发现了红细胞；1683年，他又在牙垢中看到了细菌。1831年，布朗(R.Brown)在兰科植物的叶片表皮细胞中发现了细胞核。1835年，迪雅尔丹(E.Dujardin)在低等动物根足虫和多孔虫的细胞内首次发现了透明的胶状物质的内含物，称之为“肉样质”(sarcoide)。1836年，瓦朗丁(Valentin)在结缔组织细胞核内发现了核仁。至此，细胞的基本结构都被发现了。

在19世纪以前，许多学者的工作，都着眼于细胞的显微结构方面，主要从事于形态上的描述，而对各种有机体中出现细胞的意义，均未作出理论上的阐述和概括。1838-1839年，德国植物学家施莱登(M.J.Schleiden)和动物学家施旺(T·Schwann)根据自己研究和总结前人的工作，首次提也了细胞学说(celltheory)。他们认为“一切生物从单细胞到高等动、植物都是由细胞组成的；细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位”。由此论证了生物界的统一性和共同起源。恩格斯曾对细胞学说的建立给予了高度的评价，认为它是19世纪自然科学上的三大发现之一(细胞学说、达尔文进化论、能量转化与守恒定律)。他指出，首先是三大发现，使我们对自然过程的相互联系的认识大踏步地前进了：第一次发现了细胞，发现细胞是这样一个单位，整个植物体和动物体都是从它的繁殖和分化中发育起来的。由于这一发现，我们不仅知道一切高等有机体都是按照一个共同规律发育和生长的，而且通过细胞的变异能力指出有有机体能改变自己物种并从而能实现一个比个体发育更高的发育道路。由此可见，只有在细胞学说建立之后，才能明确提出细胞是生物有机体的结构和生命活动的单位，又是生物个体发育和系统发育的基础。显然，细胞学说的创立是细胞学发展史上的一个重要里程碑，此后细胞学很快发展成为一门新的独立学科，并成为细胞生物学发展的起点。(二)细胞学的经典时期从19世纪中叶到20世纪初叶，这一时期细胞学得到蓬勃发展，研究方法主要是显微镜一的形态描述，称为细胞学的经典时期。这一时期，首先是实验技术的革新。研究的主要特点是应用固定和染色技术，在光学显微镜下观察细胞的形态结构和细胞的分裂活动。Corti(1851年)和Hartig(1854年)等使用洋红、Bōhm(1865年)使用苏木精，对细胞进行染色；Oschatz设计出第一台切片机，而ErnestAbbe'(1887年)设计出一台复式显微镜并具有消色差物镜、载物台下聚光器和照明，这些技术和仪器观察细胞形态和微观结构都起到了重要的推动作用。19世纪末叶，人们对细胞质的形态观察也较注意，相继观察到几种重要的细胞器。1883年范·贝内登和博费里(Boveri)发现了中心体，1897年，斑达(Banda)发现了线粒体，1898年，高尔基(Golgi)发现了高尔基体。由于诸多发现，使大家对细胞结构的复杂性有了较为深入的理解。(三)实验细胞学的发展从20世纪初叶到中叶，为实验细胞学的发展时期。此期间，细胞学的研究从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学、遗传发育机制的研究。利用20世纪的新技术、新方法，在相邻学科的渗透下采用了实验手段，使细胞学与有关学科相互渗透，从而逐渐形成一些分支学科。特别是这一阶段后期，由于体外培养技术的应用，使实验细胞学得到迅速发展。从20世纪40年代开始，电子显微镜的应用，使细胞形态学的研究深入到亚显微水平。1933年，Ruska设计制造了第一台电子显微镜，其性能远远超过了光学显微镜。电子显微镜的分辨率由最初的500nm改进到现在的几个?魡，放大倍数可达到几十万倍以上。1949年，Soverdlow发明了异丁烯酸定理，1952年，Palade使用锇酸固定法，1953年，设计了超薄切片用的切片用的切片机。由此，许多学者用电镜技术观察了细胞内各种细胞器的亚微结构，如内质网、高尔基体、线粒体、溶酶体等。因而，对细胞质的结构和功能的认?覽识又深入了一步，使细胞学的研究得到全面的发展。(四)细胞生物学的兴起从20世纪50年代开始，逐步开展了在分子水平上研究细胞的结构和功能，这方面的研究成果以及分子生物学取得的巨大成就，大大促进了细胞生物学的兴起和发展。

20世纪40年代，随着生物化学、微生物学与遗传学的相互渗透和结合，分子生物学开始萌芽。1941年，比德尔(Beadle)和塔特姆(Tatum)提出了“一个基因一个酶”的理论。1944年，艾弗里(Avery)等在生物的转化实验中证明了DNA是遗传物质，1948年，博伊文(Boivin)等从测定生殖细胞和各种体细胞中DNA的含量，提出了DNA含量恒定理论。1953年沃森(Watson)和克里克(Crick)用X射线衍射法得出了DNA双螺旋分子结构模型，这一划时代的成就，奠定了分子生物学的基础。1956年科恩伯格(Kornberg)从大肠杆菌提取液中获得了DNA聚合酶，并以该菌的DNA单链片段为引物，在离体条件下第一次成功地合成了DNA片段的互补链。1958年，梅塞尔森(Meselson)等利用放射性同位素与梯度离心法，分析了DNA的复制过程，证明了DNA复制是“半保留复制”。同年，克里克又创立了遗传信息传递的“中心法则”。1961年，尼伦堡(Nirenberg)和马泰(Matthaei)等通过对核糖核酸的研究，确定了每一种氨基酸的“密码”。同年，雅各布(Jacob)和莫诺(Monod)又提出了操纵子学说。由于这些分子生物学的新成就、新概念、新技术渗入到细胞学各个领域，于是从分子水平、亚细胞水平和细胞整体水平来研究细胞各种生命活动，如生长、发育、遗传、变异、代谢、免疫、起源与进化，就形成了生物学的一门新的分支学科——细胞生物学，即细胞