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医学史 细胞生物学

已有 820 次阅读 2021-8-5 07:05 |个人分类:医学科普|系统分类:科普集锦






简史

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        细胞生物学虽说是一个比较年轻的学科,从学术思想上却可以追溯到较早的年代。1883年德国胚胎学家W.鲁就阐述过关于遗传和发育的设想。他假定受精卵中包含着所有的遗传物质,后者在卵裂时不是平均地分配到子细胞中,这种不同质的分裂决定子细胞及其后代的命运。德国动物学家魏斯曼发展了这种想法,提出了种质学说,认为裂球的不均等分裂导致了细胞的分化。虽然这些见解都已证明是错误的,但是可以看出细胞生物学所要解决的问题在那时已被提出来了。以后E.B.威尔逊1927年在他的《细胞──在发育和遗传中》的巨著中明确指出:细胞是生命活动的基本单位,发育和遗传这些生命现象应当在细胞上研究。1934年,美国遗传学家和胚胎学家T.H.摩尔根在遗传学取得巨大成就之后,在企图融合发育与遗传的《胚胎学与遗传学》一书中写道:“可以设想,各原生质区域在开始时的差异会影响基因的活动,然后基因又反转过来影响原生质,后者就开始一系列新的、相应的反应。这样,我们可以勾画出胚胎各部分的逐步建立和分化。”但在摩尔根的年代,由于细胞学和其他相邻学科还未发生密切的联系,或者说其他学科尚未能在细胞水平上开展关于发育和遗传的研究,所以细胞生物学只能在50年代之后,各方面的条件逐渐成熟了,才得以蓬勃发展。

从研究内容来看细胞生物学的发展可分为三个层次,即:显微水平、超微水平和分子水平。从时间纵轴来看细胞生物学的历史大致可以划分为四个主要的阶段:

第一阶段

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。通过对大量动植物的观察,人们逐渐意识到不同的生物都是由形形色色的细胞构成的。

第二阶段

从1839年M.J.施莱登和T.A.H.施旺的细胞学说问世以来,确立了细胞(真核细胞)是多细胞生物结构和生命活动的基本单位。开辟了一个新的研究领域,但是长期以来,细胞学的研究偏重在结构方面,在显微水平研究细胞的结构与功能是这一时期的主要特点。形态学、胚胎学和染色体知识的积累,使人们认识了细胞在生命活动中的重要作用。1893年Hertwig的专著《细胞与组织》(Die Zelle und die Gewebe)出版,标志着细胞学的诞生。其后1896年哥伦比亚大学Wilson编著的The Cell in Development and Heredity、1920年墨尔本大学Agar编著的Cytology 都是这一领域最早的教科书。

第三阶段

细胞膜结构细胞膜结构

从20世纪30年代到70年代,电子显微镜技术出现后,使人们对于光学显微镜下看不到的精细结构有了明确的认识,把细胞学带入了第三大发展时期。这短短40年间不仅发现了细胞的各类超微结构,而且也认识了细胞膜、线粒体叶绿体等不同结构的功能,使细胞学发展为细胞生物学。同时,分子生物学、分子遗传学原核生物为材料取得的成就,使人们了解到遗传密码、中心法则以及原核生物中基因表达的调节与控制等基本问题,这些都直接促进了细胞生物学的发展。De Robertis等人1924出版的普通细胞学(General Cytology)在1965年第四版的时候定名为细胞生物学(Cell Biology),这是最早的细胞生物学教材之一。

第四阶段

从20世纪70年代基因重组技术的出现到当前,细胞生物学与分子生物学的结合愈来愈紧密,研究细胞的分子结构及其在生命活动中的作用成为主要任务,基因调控、信号转导、肿瘤生物学细胞分化和凋亡是当代的研究热点。

发展

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细胞生物学

细胞生物学(13张)

19世纪后期显微技术的改进,生物固定技术(如:Fleming 1882,1884;Canoy 1886)和染色技术的出现极大的方便了人们对细胞显微结构的认识,各种细胞器相继被发现,20世纪30年代电子显微镜技术的问世,使细胞形态的研究达到了空前的高潮。20世纪50年代分子生物学的兴起,推动细胞生物学的研究进入了分子水平。

1.1831 英国人Robert Brown 发现植物细胞核。

2.1832 比利时人C. J. Dumortier 观察了藻类的细胞分裂,并认为细胞来源于原来存在的细胞。

3.1835 德国人H. von Molh 仔细观察了植物的细胞分裂,认为是植物的根和芽尖极易观察到的现象。

4.1835 法国人F. Dujardin 观察动物活细胞时发现“肉样质”(Sarcode)。

5.1839 捷克人J. E. Pukinye 用protoplasm这一术语描述细胞物质,“Protoplast”为神学用语,指人类始祖亚当

6.1841 波兰人R. Remak发现鸡胚血细胞的直接分裂无丝分裂)。

7.1846 德国人H. von Mohl研究了植物原生质,发表了“identifies protoplasm as the substance of cells”。

8.1848 德国人W. Hofmeister 描绘了鸭跖草Tradescantia的花粉母细胞,明确的体现出染色体,但他没有认识到之一重要性,40年后德国人H. von Waldeyer因这一结构可被碱性染料着色而定名为Chromosome。

9.1861 德国人M. Shultze 认为动物细胞内的肉样质和植物体内的原生质具有同样的意义,他给细胞的定义是:“the cell is an accumulation of living substance or protoplasm definitely delimited in space and possessing a cell membrane and nucleus。”

10.1864 德国人Max Schultze 观察了植物的胞间连丝。

11.1865 德国人J. von Suchs 发现叶绿体。

12.1866 奥地利人G. Mendel 发表了对豌豆的杂交试验结果,提出遗传的分离规律和自由组合规律

13.1868 英国人T. H. Huxley 在爱丁堡作题为“生命的物质基础”(the physical basis of life)的演讲报告时首次把原生质的概念介绍给了英国公众。

14.1869 瑞士人F. Miescher 从脓细胞中分离出核酸。

15.1876 德国人O.Hertwig发现海胆的受精现象,其论文题目为“observe the fertilization of a sea urchin egg”。

16.1879 德国人W. Flemming观察了蝾螈细胞的有丝分裂,于1882年提出了mitosis 这一术语。后来德国人E. Strasburger(1876-80)在植物细胞中发现有丝分裂,认为有丝分裂的实质是核内丝状物(染色体)的形成及其向两个子细胞的平均分配,动植物的受精实质上是父本和母本配子核的融合,并于1984提出了Prophase和Metaphase的概念。

17.1882 德国人E. Strasburger 提出细胞质(cytoplasm)和核质(nucleoplasm)的概念。

18.1883 比利时人E. van Beneden 证明马蛔虫Ascaris megalocephala配子的染色体数目是体细胞的一半,并且在受精过程中卵子和精子贡献给合子的染色体数目相等。

19.1883 比利时人E. van Beneden和德国人T. Boveri发现中心体

20.1884 德国人O.Hertwig和E. Strasburger提出细胞核控制遗传的论断。

21.1886 德国人A. Weismann 提出种质论。

22.1890 德国人Richard Altmann 描述了线粒体的染色方法,他推测线粒体就像细胞的内共生物,并认为线粒体与能量代谢有关。他还于1889年提出了核酸的概念。

23.1892 德国人T. Boveri和O. Hertwig研究了减数分裂的本质,并描述了染色体联会现象。

24.1898 意大利人C. Golgi 用银染法观察高尔基体。

25.1900孟德尔在34年前发表的遗传法则被重新发现。

26.1905 美国人Clarence McClung shows that female mammals have 2 X chromosomes and that males have an X and a Y

27.1908 美国人T. H. Morgan以Drosophila melanogaster为材料开始著名的遗传学实验,1910年提出遗传的染色体理论,1919年发表“遗传的本质”(Physical Basis of Heredity)。1926年发表“基因学说”(The Theory of the Gene)

28.1910 德国人A. Kossel获得诺贝尔生理医学奖,他首先分离出腺嘌呤胸腺嘧啶和组氨酸。29. 1935 美国人W. M. Stanley 首次得到烟草花叶病毒的结晶体。

30.1940 德国人G. A. Kausche和H. Ruska 发表了世界第一张叶绿体的电镜照片。

31.1941 美国人G. W. Beadle和E. L. Tatum提出一个基因一个酶的概念。

32.1944 美国人O. Avery,C. Macleod 和M. McCarthy等人通过微生物转化试验证明DNA是遗传物质

33.1945 美国的K. R. Porter、A. Claude 和E. F. Fullam发现小鼠成纤维细胞中的内质网。

34.1949 加拿大人M. Bar发现巴氏小体

35.1951 美国人James Bonner发现线粒体与细胞呼吸有关。

36.1953 美国人J. D. Watson 和英国人F. H. C. Crick提出DNA双螺旋模型。

37.1955 比利时人C. de Duve发现溶酶体过氧化物酶体

38.1955 美国人Vincent Du Vigneaud因人工合成多肽而获诺贝尔奖

39.1956年,蒋有兴(美籍华人)利用徐道觉发明的低渗处理技术证实了人的2n为46条,而不是48条。

40.1957 J. D. Robertson[2]用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片,显示暗-明-暗三层结构。

41.1961 英国人P. Mitchell 提出线粒体氧化磷酸化偶联的化学渗透学说,获1978年诺贝尔化学奖

42.1961-64 美国人M. W. Nirenberg破译DNA遗传密码

43.1968 瑞士人Werner Arber从细菌中发现DNA限制性内切酶

44.1970 美国人D. Baltimore、R. Dulbecco 和H. Temin由于发现RNA肿瘤病毒中存在以RNA为模板,逆转录生成DNA的逆转录酶而获1975共享诺贝尔生理医学奖。

45.1971 美国人Daniel Nathans 和Hamilton Smith发展了核酸酶切技术。

46.1973 美国人S. Cohen和H. Boyer将外源基因拼接在质粒中,并在大肠杆菌中表达,从而揭开基因工程的序幕。

47.1975 英国人F. Sanger设计出DNA测序的双脱氧法。于1980年获诺贝尔化学奖。此外Sanger还由于1953年测定了牛胰岛素的一级结构而获得1958年诺贝尔化学奖。

48.1982 美国人S. B. Prusiner发现蛋白质因子Prion,更新了医学感染的概念,于1997年获诺贝尔生理医学奖。

49.1983 美国人K. B. Mullis发明PCR仪,1987年发表了“Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction”,于1993年获诺贝尔化学奖。

50.1984 德国人G. J. F. Kohler、阿根廷人C. Milstein[3]和丹麦科学家N. K. Jerne由于发展了单克隆抗体技术,完善了极微量蛋白质的检测技术而分享了诺贝尔生理医学奖。

51.1989 美国人S. Altman和T. R. Cech由于发现某些RNA具有酶的功能(称为核酶)而共享诺贝尔化学奖。Bishop和Varmus由于发现正常细胞同样带有原癌基因而分享当年的诺贝尔生理医学奖。

52.1997多利羊在卢斯林研究所诞生,成为世纪末的重大新闻。多利是Ian Wilmut领导的研究小组克隆的(图1-3)。

53.1998 美国人T. Wakayama和R. Yanagimachi成功地用冻干精子繁殖出小鼠。

54.2000 世界首例克隆猪在苏格兰诞生,是由Alan Coleman领导的研究小组克隆的。

55.2001 美国人Leland Hartwell、英国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。

56.2002 英国人Sydney Brenner、美国人H. Robert Horvitz和英国人John E. Sulston,因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔生理学或医学奖。

57.2003 美国科学家Peter Agre和Roderick MacKinnon,分别因对细胞膜水通道离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。

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