浅谈细胞学说的建立到细胞生物学的发展

李颖靓

【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。

【关键词】细胞学 细胞生物学 分子生物学

细胞是生命活动的基本结构与功能单位,它是由蛋白质、核酸、脂类等生物大分子组成的物质系统。细胞生物学是生物科学的基础,细胞生物学已经成为当代生物科学中一门发展最快的尖端学科。

一、细胞学说的建立和细胞学的形成

从16世纪后期到19世纪30年代,是细胞发现和细胞知识的积累阶段。英国罗伯特·胡克(1633—1703年)是第一个给细胞命名的科学家。1809年,德国的自然哲学家、博物学家奥肯(1779—1851年)提出了原浆原胞的假说,可以说是细胞学说的萌芽。1838年,德国植物学家施莱登(sehleiden,1935)和动物学家施旺(Sehwann,1939)分别根据各自的研究,总结出了细胞学说,并由施旺加以定义化。虽说细胞学说是由施莱登和施旺正式创立的,但是细胞学说的基本观点则在他们之前就提出来了。客观而论,杜特罗切特也不失为细胞学说的奠基人之一。施旺正确地提出了细胞学说,可是他对细胞的来源问题却是模糊不清的。后来,病理学家魏尔和(virchow,1858年)明确提出:“细胞来自细胞”。完整的细胞学说包括了三个内容:1.细胞是多细胞生物的最小结构单位。对单细胞来说,一个细胞即是一个个体。2.多细胞生物的每一个细胞为一代谢活动单位,执行特定的功能。3.细胞只能由细胞分裂而来。其中第3点则是反映了魏尔和创立的观点。因此所谓的细胞学说显然是包含了魏尔和的重大贡献。[1]

自细胞学说的建立到十九世纪末是细胞学发展史上的一个黄金时代。在此期间相继发现了有丝分裂(w.Flemming,1850)、中心体(T.Bovori,1588)、染色体(W.Waldeyer,1890)、高尔基体(C.eolgi,1898)、线粒体(C.Benda,1898)。正在这一兴旺发达时期,德国胚胎学家和解剖学家赫特维格(Hertwig,1892)发表了“细胞与组织”的论文。他得出结论认为:“生物变化过程是细胞变化过程的反映”。[2]这篇论文的发表,标志着细胞学做为一门独立的生物学科形成了。

二、电镜下的细胞和细胞生物学的兴起

世界上第一架电镜是1935年由德国科学家鲁斯卡(Ruska)设计制造的。电子显微镜的发明又把细胞带入了第三个大发展时期。本世纪四五十年代,人们利用电镜不仅发现了一些微小的细胞器,而且还观察了一些细胞器的内部细微结构,即超微结构。

1961年布拉舍(J.Bracbet)根据细胞在电镜下的形象,绘制了一个细胞模式图。这是细胞学史上的第三个具有代表性的细胞模型。[3]

电镜的使用使人们对细胞结构的认识更加精细了,同时结合分子生物学的进展,进一步了解到细胞的各种生命活动是发生在细胞的各级结构水平上。戴罗伯底斯(E.D.P.DeRobortis,1960)在其第三版《普通细胞学》中就这样写道:“我们现在正处在亚显微生物学时代。这就是研究组成原生质体系的分子和分子团的形态、集合方式和空间排列方式。这亚微世界的发现非常重要,因为组成它的分子和分子团、酶、激素等以及各种代谢产物之间,产生着生命现象所特有的全部化学变化和能量转变刀。”[4]这一见解精辟地反映了在使用电镜和提出DNA分子双螺旋模型之后,学者们对细胞的认识又进入了一个新的境界,也预示着细胞学正在孕育着新的飞跃。1965年戴罗伯底斯将其第四版的细胞学教科书更名为《细胞生物学》(CellBiology)。[5]细胞生物学不同于细胞学主要表现在两方面:1.深刻性。它从超微结构和分子水平对细胞进行剖析,从细胞各级结构水平上探寻生命活动的根据。细胞学则是着重于细胞结构的形态和功能的描述。2.综合性。它所研究的内容广泛,涉及到生理学、生物化学、免疫学、遗传学、发育生物学等。因此细胞生物学不是电镜下的细胞学,而是生命现象的细胞基础。

三、现代细胞生物学与分子生物学

二十世纪五十年代由于受电镜分辨力和标本固定技术的限制,对所谓的细胞质基质的结构几乎一无所知。二十世纪六十年代,由于电镜标本固定技术的改进,人们发现在基质中还有微管和微丝的存在。七十年代在高压电镜下又发现了更细微的网架状的微梁系统。至此人们认识到,所谓的细胞质基质中也具有一定秩序的立体空间结构,这些结构形成了纵横交错的“骨架”。细胞骨架同细胞器的空间分布和功能活动有着密切的关系,各种成分总是处于动态平衡之中。波特(K.R.Porter)于1976年绘制了细胞微梁网架的模式图。[6]这个模式图虽然称不上第四个细胞模型,但它却在细胞局部上刷新了过去的一些概念。

把各种生命活动同细胞的分子结构变化联系起来,是现代细胞生物学的基本特征。分子生物学的兴起恰是反映了这种发展趋势,它正是要从分子的物理化学变化,探索生命活动的机理。在现代细胞生物学中必须树立起分子在细胞中的空间结构和时间顺序变化的概念。近二十年来,细胞生物学已取得了不少成就,但从分子水平上彻底弄清细胞生命活动的规律,尚有大量的工作要做。我们可以预期,总有一天人类将会有技术显示出构成超微结构的分子三维结构变化。当前细胞生物学正面临着分子解剖的艰巨任务。

可以预见,在未来的时代细胞生物学仍然是生命科学的领头学科,是支撑生物技术发展的基础科学。

【参考文献】

[1]Bruce Alberts et al. Molecular Biology of the Cell 4th. Garland Science, 2002.

[2]裴新澍.生物进化控制论[M].北京:科学出版社,1998.

[3]Harvey Lodish et al. Molecular Cell Biology 4th. W. H. Freeman and Company, 1999.

[4]杨建明.化学与生命[M].长沙:湖南教育出版社,2000.

[5]VGerald Karp. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments 3rd. Wiley & Sons, 2002.

[6]黄厚哲.生物学概论[M].北京:高等教育出版社,1994.