第二节;细胞生物学的发展简史
一、细胞的发现
一般，细胞非常微小(动物细胞为10~20mm，植物细胞为20~30mm，支原体最小仅为0.1mm)，肉眼(0.1~0.2mm)无法看到。
1665年：Robert Hooke，英国物理学家。Hooke用自制显微镜对矿物、动物和植物标本等进行了广泛观察，并将其观察结果整理成“Micrographia”(显微图谱) 。该书的发表，标志着人类在科学上进入了对物质世界进行显微研究的时代。
1671年, Antonie van Leeuwenhoek:布店学徒：为检查布的质量，才开始磨制显微镜，他是历史上第一个观察到活细胞的人！他用自制显微镜观察到了池塘水中的原生动物，他把自己的观察结果告诉英国皇家学会的R. Hooke，得到了肯定和鼓励。后来，他又对多种动植物活细胞进行了观察，观察到了人和哺乳动物的精子，也看到了鲑鱼红细胞的核。1683年，他还在牙垢中发现了细菌。它甚至对一些细胞的大小也进行了测量。他将观察结果详细进行纪录，不断写信向英国皇家学会报告，得到了该学会的充分肯定。正鉴于Leeuwenhoek在生物学上的卓越贡献，1680年他当选为英国皇家学会外籍会员!1699年又被授予巴黎科学院通讯院士的荣誉称号。英国皇家学会把他的全部30余封信件译成了英文，汇编成了论文集，冠名为“哲学会报” (Philosophical Transaction)(1673-1724)。Leeuwenhoek利用自制显微镜发现了前人从未见到过的大量活细胞。细胞发现者的桂冠理应属于他！Leeuwenhoek非常勤奋：一生亲手磨制了550个透镜，装配了247架显微镜，至今保存下来的还有9架（荷兰Utrecht大学博物馆）。他所制作显微镜的放大倍数可高达500倍。在当时能达到这样高的水平是十分惊人的。直到18世纪末，所制作的显微镜也没能超过这一水平。A.V. Leeuwenhoek只上过中学，学历远不如R. Hooke，当过学徒工和布商，他最初磨制透镜的目的仅仅是为了检查布匹的质量。直至1671年(39岁)才开始科学活动，可是在他40年的科学生涯中在学术上贡献卓著。
二、细胞学说的创立及其意义
直到19世纪30年代，显微镜制作技术有了明显的进步, 分辨率才提高到1mm以内。此外，还发明了切片机，使观察手段大为改进，又取得了许多进展。
从18世纪末至19世纪初，学者们才开始注意到植物组织小室中的内部结构，并也把它称为cell。至此‘cell’一词才具有了现代“细胞”的真正意义。1831年R. Brown在兰科植物叶表皮细胞中，发现了细胞质液中的一小球形结构——细胞核。
1835年，E. Dujardin把低等动物细胞内的粘稠物质称为“肉样质”。至此人们才认识到，细胞并不像R. Hooke所说的那样是小孔或小室，而是有内容物的结构。
植物细胞表面有一层厚的细胞壁，而动物细胞的边界很不清楚，二者在形态上差别很大。早在1808~1809年，C.B. Mirbel就指出：“植物细胞是由有膜的细胞性组织所组成”。1824年，Dutrochet更明确地主张：“一切组织、一切动植物器官，实质上都是由形态不同的细胞所组成”。
1838年，德国植物学家M. J. Schleiden (1804-1881)根据自的观察，证实所有的植物体都是由细胞组合而成的。
1839年，德国动物学家T. Schwann认为，动物体也是由细胞所组成。T. Schwann总结了前人的工作，正式提出了细胞学说(Cell Theory)，肯定了一切生物体均由细胞组成。
细胞学说 (Cell Theory)
1) 细胞是一切生物的最小结构单位;
2) 细胞是生物的基本代谢单位, 执行特定的功能;
细胞学说的创立明确了动物和植物之间的统一性!恩格斯高度评价细胞学说——19世纪的三大发现之一!
后来，解剖学家Purkinje(1840)和Von Mohl则把细胞的内容物称为原生质(protoplasm)。1861年Max Schultze认为，动/植物细胞中的肉样质与原生质实质上是同一种物质。
1892年, O.Hertiwig把这一理论称为“原生质学说”.
于是，细胞的基本概念就这样初步形成了，“细胞是有膜包围的原生质团”。
M. Schleidon和T. schwann正确地提出了细胞学说，然而对细胞的产生来源却认识不清。1855年，德国病理学家R. Virchow明确指出：“新细胞来自原有的细胞”。
于是，完善的细胞学说包含了三点内容：
⑴ 细胞是多细胞生物的最小结构单位，而原生生物本身即是一个细胞单位；
⑵ 多细胞生物的每一个细胞即是一个活动单位，执行特定的功能；
⑶ 细胞只能由原有细胞分裂而来。
细胞学说的创立和原生质理论的提出，把生物学家的注意力引导到细胞内部结构上来了，有力地推动了对细胞的研究。19世纪下半叶是对细胞研究的繁荣时期，相继发现了一系列重要的细胞结构和细胞活动现象。明确地把围绕在核周围的原生质称为细胞质(cytoplasm)，把核内的物质称为核质(karyoplasm)。
W. Flemming (1870) ：核保持细胞连续性。
Schneider(1878)：把染色质线纵裂为二并均分到两个子细胞的过程称为核分裂(karyokinesis)。
W. Flemming (1880)：把其称为有丝分裂(mitosis)。
Waldeyer(1890)：有丝分裂的基本变化是形成染色体(chromosome)。
J.R. Farmer和J.E. Moore(1905)：把生殖细胞通过分裂使染色体数减半的分裂方式称为减数分裂(meiosis)。
19世纪末叶，对细胞质的观察更加深入细致，发现了许多种重要的细胞器和结构：如 中心体 (T. Boveri, 1880)、线粒体 (C. Benda, 1989)、高尔基体(C. Golgi, 1898)，对细胞结构复杂性的认识达到了一个新水平。
随着对细胞形态结构认识的逐步深入，便为研究细胞的各种活动打下了基础。学者们对细胞的发育和遗传现象、细胞器的功能以及细胞的生化代谢和生理活动的研究也活跃地开展起来了。于是，以研究细胞为中心发展起一些新学科，如实验胚胎学、细胞遗传学、细胞化学分析等。
19世纪下半叶是细胞研究的黄金时代，对细胞的研究全面展开，新发现不断涌现，人们已对细胞有了初步的系统认识，形成独立学科的条件已经成熟！德国胚胎学家和解剖学家O. Hertwig(1892)发表了《Zelle und Gewebe》(细胞与组织)的著名专著。他认为: “生物变化过程是细胞变化过程的反映”。《Zelle und Gewebe》标志着细胞学(cytology)作为一门独立的生物学分支学科开始建立了。
1896年，E.B. Wilson发表著作——The Cell in Development and Heredity：是细胞学发展史上第一部系统的细胞学著作 (把细胞学、遗传学和胚胎发育结合起来).图中描绘的细胞含有核、核仁、染色丝、中心粒、质体、高尔基体、液泡和油滴等，这幅模式图反映了光学时代对细胞结构的认识水平，是细胞学史上的第一个具有代表意义的细胞模型。高分辨力的光学显微镜：不仅是发现细胞的必要手段，而且也是细胞学诞生的基本技术条件。从细胞的发现到E.B. Wilson的第一个细胞模式图的出现，细胞学经历了200余年逐渐孕育成熟的漫长历程。也说明工具和技术对科学发展的重大作用——“工欲善其事，必先利其器”。
三、电镜下的细胞和细胞生物学的兴起
1933年：Ernst Ruska (German): 德国西门子公司(Siemens)示波器研究小组成员，1938年，终于研制出世界上1st台商业电镜，分辨力：10nm，Nobel’s Prize (1986)。
电镜的发明， 大大提高了分辨能力，又促成了对一些细胞超微结构的发现:
内质网(Porter等, 1945); 叶绿体(Porter等, 1947); 高尔基体(Deltond, 1950); 核膜(Callan & Tombin, 1950); 线粒体(Palade, Porter等, 1951);溶酶体(De Dave, 1952); 核糖体(Palade, 1953); 单位膜(Robertson, 1958)
1961年，J. Brachet据电镜下观察到的结构，并集40、50年代的研究成就，在“Living Cell” 一文中绘制了一幅细胞模式图--细胞学发展史上的第二幅细胞模式图(动态超微结构)。1965年，E.D.P. De Robertis率先将其编著《General Cytology》(普通细胞学)教科书的第4版更名为《Cell Biology》(细胞生物学)。
细胞生物学不同于细胞学主要有两点：
⑴深刻性：它从细胞整体、超微结构和分子各个结构层次对细胞进行剖析，并把细胞的生命活动同分子水平和超分子水平的结构变化联系起来。
⑵综合性：它所研究的内容极其广泛，涉及到许多领域，并同生理学、遗传学、发育生物学和生物化学相互融汇在一起。
细胞生物学的兴起是先进实验技术发展的必然产物。
四、分子细胞生物学的出现
1953年J.D.Watson和H.C.Crick发现了DNA分子的双螺旋结构，根据这一结构弄清了许多遗传原理，对遗传学的发展起了划时代的推动作用，这是从分子水平上揭示结构同功能关系的一个极好例证。
1953年, J.D. Watson & H.C. Crick: DNA双螺旋结构，标志着人类对细胞的研究进入了分子水平的时代，
至60年代，由于电镜标本固定技术的改进，显示出细胞质中还有微管和微丝等的存在。
至此人们才认识到，所谓的胞质溶质并不像过去想象的那样是简单而匀质的溶液，而是含有具有一定秩序的立体网络结构，这些结构形成了纵横交错的“骨架”，总称为细胞骨架(cytoskeleton)。
1976年：K. R. Porter细胞骨架系统
细胞质的胶态是由微丝(肌动蛋白丝)的结构状态决定的，因而现在把除膜性细胞器和有形结构以外的细胞质部分称为胞质溶质(cytosol)。（别名：细胞质基质，胞质溶胶）
把细胞的生命活动同亚细胞成分的分子结构变化，特别是蛋白质的结构变化联系起来，代表了现代细胞生物学的主流，成为现代分子细胞生物学的基本特征，越来越受学者们的关注。
所谓的分子细胞生物学的兴起，无非是细胞生物学研究重点转移的反映。然而，分子细胞生物学决不是细胞生物学发展的终极。
五、信息细胞生物学的来临
二十世纪后期，大家进一步认识到：细胞的生命活动不单纯是‘中心法则’所释明的遗传密码的解读和物质代谢的化学反应，更重要的是一些蛋白质分子和小分子在反应过程中有着信号传递关系。细胞对环境的反应是细胞外信号作用于细胞，转变为细胞内信号（信号转导）引起来的，细胞内的自我调控也是经过信号传递实现的。信号转导与胞内信号传递的基本格式，其中蛋白质激酶在信号传递中起重要作用（仿Solomon, E.P. 等，2002。
遗传信息的传递具有信号传递的性质，细胞的生理活动同样具有信号传递的性质。细胞的结构编制成了错综复杂的信号传递网络。生命现象即蕴含在信号传递网络之中。由此可见，要彻底揭示生命的奥秘，不仅要查清遗传信息的传递，而且还要解开信号传递网络的复杂途径。于是，当代细胞生物学便围绕着‘信号传递’这条主轴展开，目前我们姑且把它称为“信息细胞生物学”(informational cell biology)。300多年来，细胞生物学已从一门形态学学科进入了信息细胞生物学的发展阶段。二十世纪九十年代出现的基因组学和蛋白质组学代表了当代细胞生物学的发展动向。2001年，人类蛋白质组计划(Human proteome project)产生，建立了人类蛋白质组组织(Human Proteome Organisation (HUPO))。2002年11月，该组织召开了第一届学术代表大会，吹响了向信号细胞生物学进军的号角！
在此计划中，中国牵头组织“人类肝脏蛋白质组计划”方面的研究工作。尽管如此，细胞生物学的研究对象并没有改变，依然是细胞，它将永远与生命科学一起共存和发展。 细胞生物学发展简史的几个阶段说明：300余年来细胞生物学的每一次大发展都是以重大的技术进步为前提的。然而，细胞生物学的发展决不会到此止步，“经典”与“现代”之间并无固定不变的界限，今日的“现代”也会变为明日的“经典”，我们总是要面向未来的。
