淺談細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立到細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展

李穎靚

【摘要】細(xì)胞生物學(xué)是研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能及生活史的一門(mén)科學(xué)。本文從細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立和細(xì)胞學(xué)的形成、電鏡下的細(xì)胞和細(xì)胞生物學(xué)的興起以及現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)與分子生物三方面,簡(jiǎn)述了細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展歷程。

【關(guān)鍵詞】細(xì)胞學(xué) 細(xì)胞生物學(xué) 分子生物學(xué)

細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)與功能單位,它是由蛋白質(zhì)、核酸、脂類等生物大分子組成的物質(zhì)系統(tǒng)。細(xì)胞生物學(xué)是生物科學(xué)的基礎(chǔ),細(xì)胞生物學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)代生物科學(xué)中一門(mén)發(fā)展最快的尖端學(xué)科。

一、細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立和細(xì)胞學(xué)的形成

從16世紀(jì)后期到19世紀(jì)30年代,是細(xì)胞發(fā)現(xiàn)和細(xì)胞知識(shí)的積累階段。英國(guó)羅伯特·胡克(1633—1703年)是第一個(gè)給細(xì)胞命名的科學(xué)家。1809年,德國(guó)的自然哲學(xué)家、博物學(xué)家?jiàn)W肯(1779—1851年)提出了原漿原胞的假說(shuō),可以說(shuō)是細(xì)胞學(xué)說(shuō)的萌芽。1838年,德國(guó)植物學(xué)家施萊登(sehleiden,1935)和動(dòng)物學(xué)家施旺(Sehwann,1939)分別根據(jù)各自的研究,總結(jié)出了細(xì)胞學(xué)說(shuō),并由施旺加以定義化。雖說(shuō)細(xì)胞學(xué)說(shuō)是由施萊登和施旺正式創(chuàng)立的,但是細(xì)胞學(xué)說(shuō)的基本觀點(diǎn)則在他們之前就提出來(lái)了?？陀^而論,杜特羅切特也不失為細(xì)胞學(xué)說(shuō)的奠基人之一。施旺正確地提出了細(xì)胞學(xué)說(shuō),可是他對(duì)細(xì)胞的來(lái)源問(wèn)題卻是模糊不清的。后來(lái),病理學(xué)家魏爾和(virchow,1858年)明確提出:“細(xì)胞來(lái)自細(xì)胞”。完整的細(xì)胞學(xué)說(shuō)包括了三個(gè)內(nèi)容:1.細(xì)胞是多細(xì)胞生物的最小結(jié)構(gòu)單位。對(duì)單細(xì)胞來(lái)說(shuō),一個(gè)細(xì)胞即是一個(gè)個(gè)體。2.多細(xì)胞生物的每一個(gè)細(xì)胞為一代謝活動(dòng)單位,執(zhí)行特定的功能。3.細(xì)胞只能由細(xì)胞分裂而來(lái)。其中第3點(diǎn)則是反映了魏爾和創(chuàng)立的觀點(diǎn)。因此所謂的細(xì)胞學(xué)說(shuō)顯然是包含了魏爾和的重大貢獻(xiàn)。[1]

自細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立到十九世紀(jì)末是細(xì)胞學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)黃金時(shí)代。在此期間相繼發(fā)現(xiàn)了有絲分裂(w.Flemming,1850)、中心體(T.Bovori,1588)、染色體(W.Waldeyer,1890)、高爾基體(C.eolgi,1898)、線粒體(C.Benda,1898)。正在這一興旺發(fā)達(dá)時(shí)期,德國(guó)胚胎學(xué)家和解剖學(xué)家赫特維格(Hertwig,1892)發(fā)表了“細(xì)胞與組織”的論文。他得出結(jié)論認(rèn)為:“生物變化過(guò)程是細(xì)胞變化過(guò)程的反映”。[2]這篇論文的發(fā)表,標(biāo)志著細(xì)胞學(xué)做為一門(mén)獨(dú)立的生物學(xué)科形成了。

二、電鏡下的細(xì)胞和細(xì)胞生物學(xué)的興起

世界上第一架電鏡是1935年由德國(guó)科學(xué)家魯斯卡(Ruska)設(shè)計(jì)制造的。電子顯微鏡的發(fā)明又把細(xì)胞帶入了第三個(gè)大發(fā)展時(shí)期。本世紀(jì)四五十年代,人們利用電鏡不僅發(fā)現(xiàn)了一些微小的細(xì)胞器,而且還觀察了一些細(xì)胞器的內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu),即超微結(jié)構(gòu)。

1961年布拉舍(J.Bracbet)根據(jù)細(xì)胞在電鏡下的形象,繪制了一個(gè)細(xì)胞模式圖。這是細(xì)胞學(xué)史上的第三個(gè)具有代表性的細(xì)胞模型。[3]

電鏡的使用使人們對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)更加精細(xì)了,同時(shí)結(jié)合分子生物學(xué)的進(jìn)展,進(jìn)一步了解到細(xì)胞的各種生命活動(dòng)是發(fā)生在細(xì)胞的各級(jí)結(jié)構(gòu)水平上。戴羅伯底斯(E.D.P.DeRobortis,1960)在其第三版《普通細(xì)胞學(xué)》中就這樣寫(xiě)道:“我們現(xiàn)在正處在亞顯微生物學(xué)時(shí)代。這就是研究組成原生質(zhì)體系的分子和分子團(tuán)的形態(tài)、集合方式和空間排列方式。這亞微世界的發(fā)現(xiàn)非常重要,因?yàn)榻M成它的分子和分子團(tuán)、酶、激素等以及各種代謝產(chǎn)物之間,產(chǎn)生著生命現(xiàn)象所特有的全部化學(xué)變化和能量轉(zhuǎn)變刀?！盵4]這一見(jiàn)解精辟地反映了在使用電鏡和提出DNA分子雙螺旋模型之后,學(xué)者們對(duì)細(xì)胞的認(rèn)識(shí)又進(jìn)入了一個(gè)新的境界,也預(yù)示著細(xì)胞學(xué)正在孕育著新的飛躍。1965年戴羅伯底斯將其第四版的細(xì)胞學(xué)教科書(shū)更名為《細(xì)胞生物學(xué)》(CellBiology)。[5]細(xì)胞生物學(xué)不同于細(xì)胞學(xué)主要表現(xiàn)在兩方面:1.深刻性。它從超微結(jié)構(gòu)和分子水平對(duì)細(xì)胞進(jìn)行剖析,從細(xì)胞各級(jí)結(jié)構(gòu)水平上探尋生命活動(dòng)的根據(jù)。細(xì)胞學(xué)則是著重于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的形態(tài)和功能的描述。2.綜合性。它所研究的內(nèi)容廣泛,涉及到生理學(xué)、生物化學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等。因此細(xì)胞生物學(xué)不是電鏡下的細(xì)胞學(xué),而是生命現(xiàn)象的細(xì)胞基礎(chǔ)。

三、現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)

二十世紀(jì)五十年代由于受電鏡分辨力和標(biāo)本固定技術(shù)的限制,對(duì)所謂的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的結(jié)構(gòu)幾乎一無(wú)所知。二十世紀(jì)六十年代,由于電鏡標(biāo)本固定技術(shù)的改進(jìn),人們發(fā)現(xiàn)在基質(zhì)中還有微管和微絲的存在。七十年代在高壓電鏡下又發(fā)現(xiàn)了更細(xì)微的網(wǎng)架狀的微梁系統(tǒng)。至此人們認(rèn)識(shí)到,所謂的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中也具有一定秩序的立體空間結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)形成了縱橫交錯(cuò)的“骨架”。細(xì)胞骨架同細(xì)胞器的空間分布和功能活動(dòng)有著密切的關(guān)系,各種成分總是處于動(dòng)態(tài)平衡之中。波特(K.R.Porter)于1976年繪制了細(xì)胞微梁網(wǎng)架的模式圖。[6]這個(gè)模式圖雖然稱不上第四個(gè)細(xì)胞模型,但它卻在細(xì)胞局部上刷新了過(guò)去的一些概念。

把各種生命活動(dòng)同細(xì)胞的分子結(jié)構(gòu)變化聯(lián)系起來(lái),是現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)的基本特征。分子生物學(xué)的興起恰是反映了這種發(fā)展趨勢(shì),它正是要從分子的物理化學(xué)變化,探索生命活動(dòng)的機(jī)理。在現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)中必須樹(shù)立起分子在細(xì)胞中的空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間順序變化的概念。近二十年來(lái),細(xì)胞生物學(xué)已取得了不少成就,但從分子水平上徹底弄清細(xì)胞生命活動(dòng)的規(guī)律,尚有大量的工作要做。我們可以預(yù)期,總有一天人類將會(huì)有技術(shù)顯示出構(gòu)成超微結(jié)構(gòu)的分子三維結(jié)構(gòu)變化。當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)正面臨著分子解剖的艱巨任務(wù)。

可以預(yù)見(jiàn),在未來(lái)的時(shí)代細(xì)胞生物學(xué)仍然是生命科學(xué)的領(lǐng)頭學(xué)科,是支撐生物技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)科學(xué)。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2]裴新澍.生物進(jìn)化控制論[M].北京:科學(xué)出版社,1998.

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

[4]楊建明.化學(xué)與生命[M].長(zhǎng)沙:湖南教育出版社,2000.

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

[6]黃厚哲.生物學(xué)概論[M].北京:高等教育出版社,1994.