细胞生物学发展史上的四件大事
从第一次发现细胞到现在已经300多年了。随着科学技术和实验手段的进步,人们对细胞的认识由肤浅走向深刻,导致了今天细胞生物学的兴起和发展。按其发展过程可分为四个时期,即细胞理论的建立、细胞学的经典时期、实验细胞学的发展和细胞生物学的兴起。
(一)细胞理论的建立
1665年,英国物理学家r·胡克用自制的显微镜观察了软木(橡树皮)等植物组织,并出版了《显微图学》一书,书中描述了软木是由许多小细胞组成的,这些小细胞被称为“细胞”。事实上,胡克在软木组织中看到的只是死亡植物细胞的细胞壁。这是人类第一次看到细胞的轮廓,人们对生物形态学的认识第一次进入细胞的微观世界。A.V.Leeuwenhoekia用自制的高倍放大镜先后观察了池塘水中原生动物和动物的精子,并在青蛙的血液中发现了红细胞。1683年,他又在牙结石里看到了细菌。1831年,R. Brown在兰花叶片的表皮细胞中发现了细胞核。1835年,Dujardin首先在低等动物的根足和多孔菌的细胞中发现了透明性。它被称为“结节病”。1836年,瓦伦丁在结缔组织的细胞核中发现了核仁。到目前为止,已经发现了细胞的基本结构。
在19世纪之前,许多学者的工作集中在细胞的微观结构上,主要从事形态学的描述,而没有从理论上阐述和总结细胞在各种生物中出现的意义。55438666686德国植物学家M.J .施莱登和动物学家王石根据自己的研究和对前人工作的总结,首次提出了细胞学说。他们认为“所有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”。这证明了生物界的统一性和共同血统恩格斯曾经高度评价细胞理论的建立,认为细胞理论是19世纪自然科学的三大发现之一(细胞理论、达尔文进化论、能量转化和守恒定律)。他指出,前三者是,我们对自然过程的相互联系的认识向前迈进了一大步:第一次发现了细胞,发现细胞就是这样一个单位,整个植物和动物体就是从它的繁殖和分化发展而来的。由于这一发现,我们不仅知道所有高等生物都是按照一个共同的规律发展和生长的,而且,通过细胞的变异能力指出,有机体可以改变自己的物种,从而实现比个体发展更高的发展道路。可见,只有在细胞理论建立之后,才能明确提出细胞是生物有机体结构和生命活动的单位,也是个体发育和系统发育的基础。显然,细胞理论的建立是细胞学发展史上的一个重要里程碑,细胞学迅速发展成为一门新的独立学科和细胞生物学发展的起点。
细胞理论一经创立,很快就深入到各个领域。1885年,德国病理学家R.Virchow将细胞理论应用于病理学,证明了病理过程是在细胞和组织中进行的,提出了“疾病是由外力引起的”这一著名论断,发展了细胞病理学,支持和丰富了细胞理论。
(2)细胞学的经典时期
19世纪中期至20世纪初,细胞学蓬勃发展,研究方法主要是显微镜I的形态学描述,被称为细胞学的经典时期。
在这一时期,首先是实验技术的革新。研究的主要特点是利用固定和染色技术,在光学显微镜下观察细胞的形态结构和分裂活动。Corti(1851年)和Hartig(1854)用的是洋红色和B3HM (1865)。Oschatz设计了第一台切片机,Ernest Abbe' (1887)设计了一台复合显微镜,有消色差物镜,台下有聚光镜,有照明。这些技术和仪器在观察细胞形态和微观结构方面发挥了重要作用。
在1841中,雷马克观察到了鸡胚血细胞的直接分裂。后来,弗莱明在动物细胞中发现了间接分裂,斯特拉斯伯格在植物细胞中发现了间接分裂。50882.0000000000005弗莱明也称直接分裂无丝分裂和间接分裂有丝分裂1883范·贝内登和1886、斯特拉斯堡分别在动物和植物细胞中发现了减数分裂。此外,赫特维格还发现了卵子的受精和精子与卵子的融合。在1968+0888年,Waldeyer将有丝分裂细胞核中的染色单体命名为染色体。
19末期,人们更加重视细胞质的形态学观察,几个重要的细胞器相继被观察到。1883年,范·贝内登和博韦里发现了中心体,1897年,班达发现了线粒体,1898年,高尔基发现了线粒体。
(3)实验细胞学的发展
从20世纪早期到20世纪中期,实验细胞学发展起来。这一时期,细胞学的研究深入到生理功能、生物化学和遗传发育机制的研究。随着20世纪的新技术、新方法以及相邻学科的渗透,采用实验方法,使细胞学与相关学科相互渗透,逐渐形成一些分支。尤其是后期,由于体外培养技术的应用,实验细胞学发展迅速。
1887年,O.Hertwig和R.H用实验方法研究了海胆卵的受精和蛔虫卵发育过程中的核质关系,将细胞学与实验胚胎学紧密结合,发展了实验细胞学。此后,实验方法和分析方法被广泛用于研究细胞学中的一些基本问题。从1900年孟德尔遗传规律的重新发现,到1902年博韦里和萨顿提出的“染色体遗传理论”,再到1926年摩尔根,为细胞学研究开辟了新的途径。细胞学和遗传学相结合形成了细胞遗传学。1943中,Cloude将细胞核和各种细胞器(如线粒体、叶绿体、微粒体等)分开。)通过高速离心机从活细胞中分离出来,并分别研究了它们的生理活性,这对了解各种细胞器的生理功能和酶的分布起到了很大的作用。在细胞化学中,1924。富尔根发起了核染色反应,即富尔根染色法,以确定细胞核中的DNA。后来在1940,Brachet用Unna染料溶液测定了细胞中的RNA。与此同时,卡斯帕森用紫外分光光度法测定了细胞中的DNA含量。也有
自20世纪40年代以来,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,鲁斯卡设计制造了第一台电子显微镜,其性能远超光学显微镜。电子显微镜的分辨率已经从最初的500纳米提高到现在的几十纳米。1949年,Soverdlow发明了异丁酸定理,1952年,帕拉迪使用锇酸固定法,1953年,他设计了超薄切片用的切片机。因此,许多学者用电子显微镜技术观察每个细胞。认识进一步加深,使得细胞学研究全面发展。
(四)细胞生物学的兴起
自20世纪50年代以来,对细胞结构和功能的研究逐渐在分子水平上展开。分子生物学的研究成果和巨大成就极大地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、微生物学和遗传学的相互渗透和结合,分子生物学开始萌芽。+0941年,比德尔和塔图姆提出了“一个基因,一种酶”的理论,艾弗里等人在生物转化实验中证明了DNA是遗传物质。在1948中,Boivin等人测定了生殖细胞和各种体细胞中DNA的含量,提出了DNA含量不变的理论。1953年,沃森和克里克通过X射线衍射获得了DNA双螺旋的分子结构模型,这是划时代的成就。它奠定了分子生物学的基础。科恩伯格从大肠杆菌1956的提取液中获得了DNA聚合酶,并以该菌株的单链DNA片段为引物,首次在体外成功合成了DNA片段的互补链,45438+0958,梅塞尔森等人用放射性同位素和梯度离心分析了DNA复制的过程,证明了DNA复制是“半保守复制”。同年,克里克确立了遗传信息传递的“中心法则”。在+0961年,尼伦伯格和马塔伊通过对核糖核酸的研究,确定了每个氨基酸的“代码”。同年,Jacob和Monod提出了操纵子理论。由于分子生物学的这些新成果、新概念和新技术已经渗透到细胞学的各个领域,因此,从分子水平、亚细胞水平和细胞整体水平来研究细胞的各种生命活动,如生长、发育、遗传、变异、代谢、免疫、起源和进化等,形成了一个新的生物学分支——细胞生物学,即细胞学已经发展到细胞生物学阶段。从1965开始,E.D.P.Derobetis出版了原著《普通细胞学》。到1976,第一届国际细胞生物学会议在美国波士顿召开。到目前为止,细胞生物学在分子水平上的研究工作取得了迅速的发展,细胞生物学已经进展到细胞和分子生物学。