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[转载]细胞发现史及争议

已有 2645 次阅读 2019-4-10 18:13 |个人分类:医学史话|系统分类:科研笔记| 细胞发现史, 争议, 科学史 |文章来源:转载

绝大多数细胞都非常微小,超出人的视力极限,观察细胞必须用显微镜。

1665年罗伯特虎克(是物理学家:在物理学研究方面,他提出了描述材料弹性的基本定律-虎克定律,且提出了万有引力的平方反比关系。在机械制造方面,他设计制造了真空泵,显微镜和望远镜,并将自己用显微镜观察所得写成《显微术》一书,细胞一词即由他命名。在新技术发明方面,他发明的很多设备至今仍然在使用。除去科学技术,胡克还在城市设计和建筑方面有着重要的贡献。1677年至1683年就任英国皇家学会秘书并负责出版会刊。学会的工作条件使他在当时自然科学的前沿(如机械仪器改制、弹性、重力、光学,乃至生物、建筑、化学、地质等方面)做出了自己的贡献。1676年,胡克发表了著名的弹性定律。)提出细胞在观察软木塞的切片时看到软木中含有一个个小室而以之命名的。其实这些小室并不是活的结构,而是细胞壁所构成的空隙,但细胞这个名词就此被沿用下来。罗伯特虎克第一个观察到了死细胞。

1677年列文胡克用自己制造的简单显微镜观察到动物的“精虫”时,并不知道这是一个细胞。列文胡克第一个观察到了活细胞。

1827年贝尔发现哺乳类动物的卵子,才开始对细胞本身进行认真的观察。

对于研究细胞起了巨大推动作用的是德国生物学家施莱登和施旺

1838年施莱登描述了细胞是在一种粘液状的母质中,经过一种像是结晶样的过程产生的,并且把植物看作细胞的共同体。在他的启发下施万坚信动、植物都是由细胞构成的,并指出二者在结构和生长中的一致性,

1867年德国植物学家霍夫迈斯特和1873年的施奈德分别对植物和动物比较详细地叙述了间接分裂;德国细胞学家弗勒明1882年在发现了染色体的纵分裂之后提出了有丝分裂这一名称以代替间接分裂,霍伊泽尔描述了在间接分裂时的染色体分布;在他之后,施特拉斯布格把有丝分裂划分为直到现在还通用的前期、中期、后期、末期;他和其他学者还在植物中观察到减数分裂,经过进一步研究终于区别出单倍体和双倍体染色体数目。

与此同时,捷克动物生理学家浦肯野提出原生质的概念;德国动物学家西博尔德断定原生动物都是单细胞的。德国病理学家菲尔肖在研究结缔组织的基础上提出“一切细胞来自细胞”的名言,并且创立了细胞病理学。

从19世纪中期到20世纪初,关于细胞结构尤其是细胞核的研究,有了长足的进展。

1875年德国植物学家施特拉斯布格首先叙述了植物细胞中的着色物体,而且断定同种植物各自有一定数目的着色物体;1880年巴拉涅茨基描述了着色物体的螺旋状结构,翌年普菲茨纳发现了染色粒,

1888年瓦尔代尔才把核中的着色物体正式命名为染色体。

1891年德国学者亨金在昆虫的精细胞中观察到X染色体,

1902年史蒂文斯、威尔逊等发观了 Y染色体。

1900年重新发现孟德尔的研究成就后,遗传学研究有力地推动了细胞学的进展。美国遗传学家和胚胎学家摩尔根研究果蝇的遗传,发现偶尔出现的白眼个体总是雄性;结合已有的、关于性染色体的知识,解释了白眼雄性的出现,开始从细胞解释遗传现象,遗传因子可能位于染色体上。细胞学和遗传学联系起来,从遗传学得到定量的和生理的概念,从细胞学得到定性的、物质的和叙述的概念,逐步产生出细胞遗传学。

此外,发现了辐射现象、温度能够引起果蝇突变之后,因突变的频率很高更有利于染色体的实验研究。辐射之后引起的各种突变,包括基因的移位、倒位及缺失等都司在染色体中找到依据。利用突变型与野生型杂交,并且对其后代进行统计处理可以推算出染色体的基因排列图。广泛开展的性染色体形态的研究,也为雌雄性别的决定找到细胞学的基础。

20世纪40年代后,电子显微镜得到广泛使用,标本的包埋、切片一套技术逐渐完善,才有了很大改变。开始逐渐开展了从生化方面研究细胞各部分的功能的工作,产生了生化细胞学。

谁首先发现了细胞-罗伯特·虎克还是列文·虎克?迄今,国内学术界大都认为,英国学者罗伯特·虎克(Robert Hooke 1635~1702)在1665年发现了细胞,这似乎已成了定论。1985年出版的中学《生物》教科书中就明确写道:“细胞是英国物理学家罗伯特·虎克于1665年发现的。”1996年出版的《生物》中学教科书第一册虽没有写得像1985年版的那样明确,但仍认为:他(指Hooke)给这些“小房间”取名叫做细胞。国内高等学校教材也大都肯定是Hooke首先发现细胞。作者在《分子细胞生物学》一书中把Hooke在1665年发表的软木显微结构图中的小孔看作是细胞学史上的第一个细胞模式图。在《中国大百科全书·生物学》分册的细胞学部分中也肯定了:“1665年英国物理学家R.胡克发现细胞。”国外有的书刊也把Hooke看作是细胞的发现者。

那么如果我们把这一问题认真加以核实的话,就会发现把Hooke看成是细胞的首先发现者是不恰当的。

1 Hooke使用的cell一词无“细胞”涵义 R.Hooke是一位出色的物理学家,是英国皇家学会的早期会员之一。他用自制的显微镜观察了多种物体。1665年他发表了《显微图谱》(Micrographia)专著,记载了对矿物、植物、动物标本的显微结构的观察结果。当时他是从物理学的角度进行观察的。其中最出色的观察要算是对软木薄片里密集排列着小孔的发现,他详细地描述了观察的结果,并把这些小孔称为pores或cells。他推想这些小孔是为植物生长供应液体的通道。在Hooke生活的年代,英文cell一词的词意是“囚室”或“小室”,他在观察到软木的显微图象时把其中的小孔形象化地称为“小室”(cell)或“小孔”(pores)。Hooke对自己观察到的现象很兴奋,他在描述时说:我一看到这种形象就认为这是我的发现。因为它确是我第一次看到的微小孔洞,也可能是历史上的第一次发现。这显然使我理解了软木为什么这么轻的原因。从Hooke的表述可以看出,他观察到的是软木的物理结构,而不是植物组织的细胞结构。因此Hooke在显微镜下看到的只是植物死的细胞壁及其围成的腔隙,并没看到原生质体,更谈不到完整的活细胞了。由此可见,Hooke既没有看到真正的细胞,也无从用cell一词来指细胞。1675~1679年M.Malpighi也观察到植物的管结构是由小囊(utricles)组成,他所称的小囊相当于Hooke所说的小室,但其描述也未超过Hooke的水平。

2 首先观察到细胞的是Leeuwenhoek 与Hooke生活在同一时代的荷兰人列文虎克(Antoni Van Leeuwenhoek 1632~1723)在对生物的显微观察方面做出了巨大贡献。Leeuwenhoek的出身、家境和学历远不及Hooke,他在布店中当过学徒,1671年才开始了科学技术生涯,是年他已近40岁。可是他刻苦钻研,自强不息,掌握了一手磨制优质透镜的绝技。最初他磨制透镜的目的是检验布匹的质量,后来他进一步把磨制的透镜装配成了显微镜,对许多物体进行了观察。同时他又认真阅读了当时的一些重要生物学著作,为他进行生物标本的研究奠定了基础。他利用显微镜在液体标本中发现了许多微生物,他认为他所观察到的那些能动的物体是小动物。1673年(Hooke发表《Micrographia》专著后的8年),他把所观察到的结果写信报告给了英国皇家学会,他的报告在学会中引起了轰动,因为这是第一次观察到了过去谁也没有看到过的微小生物。此后,他又陆续把观察到的结果不断向皇家学会报告,先后共写了30几封信。这些信实际上就是Leeuwenhoek的学术论文,报告了他的许多重大发现,如细菌、原生动物、轮虫和性细胞等。他还测量了一些细胞的大小,如红细胞为7.2μm;细菌为2~3μm。他认为能动的精子不是动物,而是精液中的正常成分。40余年中,他观察了节肢动物、软体动物、鱼类、两栖类、鸟类和哺乳动物(包括人)的精子。他在研究动物和植物生殖活动方面也做出了突出贡献。由此可见,Leeuwenhoek是一位名符其实的卓越的生物学家。他虽然没有使用cell一词,然而他确实首先观察到了完整的活细胞。由于Leeuwenhoek所报告的都是一些重大发现,英国皇家学会把他的信件全部由荷兰文译成了英文,并汇编成了论文集,冠名为《Phiosophical Transaction》(《哲学汇报(1673~1724)》。他所观察到的细菌、红细胞、精子都是游离的活细胞,因此之故把细胞的发现归功于Leeuwenhoek,他是当之无愧的。鉴于Leeuwenhoek在生物学研究中做出的卓越贡献,1680年他当选为英国皇家学会会员;1699年获得了巴黎科学院通讯院士的荣誉称号。

3 19世纪初的学者才赋予了cell以“细胞”的词义 Hooke借用cell一词来描述他首先观察到的软木中的小室,围成这些小室的四壁则仅是植物细胞壁的残留物。那么,为什么许多学者会把Hooke称为细胞的发现者呢?我想不外乎是,在100多年后当学者们认识到原生质体时,又继续沿用了Hooke借用的Cell一词来称呼原生质体。庄孝僡在“从胡克到细胞生物学”一文中写道:“尽管胡克所看到的不是细胞本身而只是细胞的外壳——小室的四壁实际上是植物细胞的细胞壁,因为他首先叙述了这样的构造,Cell一词还是被沿用下来了,其主要原因可能是因为继胡克之后首先是植物学家对植物细胞进行观察,而植物细胞都是有细胞壁的,和胡克的叙述一致。”然而,尽管如此,后人所沿用的Cell一词与Hooke借用的Cell一词是字同义不同,前者赋予了Cell一词真正的细胞涵义,而后者只是用Cell一词指木栓中的具壁小室。因此,Cell一词自Hooke在《Micrographia》一书中借用时及以后的100多年中不应译为细胞。究竟是谁首先沿用Cell一词来称呼原生质体,无从查考。据记载,19世纪初学者们才注意到了植物组织的小室中的原生质体结构。植物解剖学家C.B.Mirbel(1809)一反传统观念,认为植物各种组织中的细胞具有独立性。由此可见,随着科学的发展,到19世纪初学者才给Cell一词添加上了细胞的涵义,并沿用下来,结果使后人误认为,细胞是Hooke发现的;Hooke首先创用了“细胞”(Cell)一词。早在60年代初,复旦大学遗传学研究室翻译了由E.D.P.De Robertis等著的第二版《普通细胞学》,译者为了纠正上述误解,就曾对Cell一词的译法(细胞)做了注解:“Hooke当时所看到的细胞,只是一些死了的没有内容物的细胞壁和中间的空腔,因此看上去好像一个个小室(cell)一样。后来对细胞的概念逐渐发生了很大的转变,但Cell一字则因习惯而沿用了下来,结果使它产生了一个新的意义,即所谓细胞。”其实在翻译Hooke所著的《Micrographia》原著的文字时,不应把Cell译为细胞,而应译为“小室”。 R.Hooke和A.Leeuwenhoek都是17世纪下半叶在学术上贡献卓著的学者。本文的目的不是要评价两位学者的学术贡献大小,而只是想就谁首先发现细胞的问题做出客观的评说,以期今后在教学中能对此问题有一个准确的介绍。根据两位学者报道的研究结果来看,首先发现细胞的应当是Leeuwenhoek,而Hooke的发现则为后人进一步研究生物体的细胞结构起了启迪作用。赋予Cell一词以“细胞”涵义的则应归功于19世纪初期的生物学家。



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