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人类探索细胞的历史

早在细胞发现之前,人们已对人体的构造进行了研究。公元十一二世纪,我国已有根据实物绘制的人体解剖图谱。1543年,比利时解剖学家维萨里发表了《人体的构造》,逐步建立了解剖学。但维萨里本人却受到宗教迫害,1564年死在流放的岛上。他的学生继续他的工作,终于以事实证明了教会的荒谬无知。1604年,英国医生哈维正式在伦敦开设解剖学讲座。1625年,他又用实验的方法发现了血液循环。科学家在解剖学上的胜利,不仅为解剖学的发展扫清了道路,也为人类探索细胞世界打下了思想基础。但是由于人眼的分辨率只有100微米,不能看出小于100微米的物体。而组成动植物身体的大多数细胞才20~30微米。因此,在显微镜发明之前,还不可能知道细胞是什么东西。人类对于客观世界规律的正确认识,不是凭空产生的,而是在实践中继承和积累起来的,人们对细胞世界的认识也不例外。细胞学的发展总是和观察工具的发展联系在一起的。

1665年,英国科学家胡克用自己制作的显微镜观察了用锋利小刀切下的一片薄的软木,他看到了木片是由许多蜂窝状小格子组成的。他把这一个个的小室叫做“细胞”。当时他认为这些小室起着和动物身体中血管类似的作用,在生活时有液体在其中流动以运送营养。事实上,他当时看到的只是已经死亡的植物细胞的细胞壁。但是胡克在(显微图谱》中有关细胞的描写,是人类对细胞的首次观察记录。

荷兰生物学家列文虎克用业余时间研究并制作显微镜。1675年,他向伦敦皇家学会报告了用自制显微镜对一滴水中的单细胞生物的观察。他还是首次观察到活鱼红血球中细胞核的人。

细胞的研究大门打开了。但由于当时所用的显微镜都是手工磨制的,时间长,价格贵,质量差。由于受到研究工具的限制,因此,从1675-1830年间的150多年中,有关细胞的知识几乎没有什么进展。

1830年后,随着工业生产的发展,显微镜制作克服了镜头模糊与色差等的缺点,分辨率提高到1微米,显微镜也开始逐渐普及。改进后的显微镜,细胞及其内含物被观察得更为清晰。1839年,德国植物学家施莱登从大量植物的观察中得出结论:所有植物都是由细胞构成的。与此同时,德国动物学家施旺做了大量动物细胞的研究工作。当时由于受胡克的影响,对细胞的观察侧重于细胞壁而不是细胞的内含物,因而对无细胞壁的动物细胞的认识就比植物细胞晚得多。施旺进行了大量研究,第一个描述了动物细胞与植物细胞相似的情况。

细胞学说的创立,有着巨大的哲学意义。18世纪时,差不多整个化学界和生物界对生命现象仍然是不可理解的,认为是上帝创造天下,许多反科学的迷信论断遮住了人们的双眼。细胞的发现使人们从表面上无限多样的生物世界中看到了它的统一性,尤其是施旺和施莱登宣布,从单细胞生物到高等动植物,包括人在内的所有生物都是由细胞组成的。人们终于明白了,世界上的万物都是由细胞组成的,并不是由哪个神灵凭空创造出来的。因此,恩格斯对细胞学说的评价很高,指出这是19世纪自然科学最有决定意义的、伟大的三大发现之一。

细胞学说的创立,也是生物科学发展的一个里程碑,对生物科学的发展有着深远的影响。人们开始对各种有机体的细胞组成进行广泛的研究。1870年发明了切片机,能把组织的细胞群体切成几微米的薄片供显微镜观察;新的工业染料的发现与合成,使细胞能被有效地染上颜色,在显微镜下观察就显得更为清晰。光学显微镜提供了研究细胞结构的重要教学手段,人们逐步认识了细胞核及其作用。

随着对细胞的不断深入研究,光学显微镜就显示出了明显的局限性,由于它以可见光作为光源,因此在观察物体时,分辨能力必定受到光波影响,这对进一步了解细胞的微细结构来说,显然是不够的。人们开始用波长短一些的紫外线作光源,来提高分辨率。20年代后,发现电子束也具有波动性质,其波长随电压而改变,波长远比光波短,如果以电子束代替光波,分辨率将有极大的提高。1932年制成了第一台电子显微镜,取得了第一张由电子束形成的电子像,当时,放大率为12倍。1964年后的电子显微镜分辨率已达到理论极限值3埃,进入了用肉眼通过仪器观察原子的阶段。

以后又有了立体高压电子显微镜,由于电压高、穿透力强,又利用了立体显微镜原理,可以用来研究薄的完整细胞。电子显微镜分辨率的提高,使人们能看清分子排列的状况。分子与细胞之间有了联系,使人们对细胞与生命起源的过程有了更进一步的了解,即生命是物质发展到一定阶段的产物。科学的不断进步,终于使上帝和其他种种带着神秘色彩的唯心主义,从生物学这个领域中逐步被清除出去。