細胞學說

細胞學說

細胞學說是1838~1839年間由德國植物學家施萊登 (Matthias Jakob Schleiden) 和動物學家施旺(Theodor Schwann) 最早提出,直到1858年才較完善。它是關於生物有機體組成的學說。細胞學說論證了整個生物界在結構上的統一性,以及在進化上的共同起源。細胞學說揭示了細胞的統一性。這一學說的建立推動了生物學的發展,並為辯證唯物論提供了重要的自然科學依據。革命導師恩格斯曾把細胞學說與能量守恆和轉換定律、達爾文的自然選擇學說等並譽為19 世紀最重大的自然科學發現之一。

基本信息

主要內容

1. 細胞是有機體,一切動植物都是由細胞發育而來,並由細胞和細胞產物所構成(不可描述成“一切生物都是由細胞和細胞產物構成”,因為病毒並不是細胞構成,1886年,在荷蘭工作的德國人麥爾(Mayer)把患有花葉病的菸草植株的葉片加水研碎,取其汁液注射到健康菸草的葉脈中,能引起花葉病,證明這種病是可以傳染的。通過對葉子和土壤的分析,麥爾指出菸草花葉病是由細菌引起的。);

細胞學說細胞學說

2. 所有細胞在結構和組成上基本相似;

3. 新細胞是由已存在的細胞分裂而來;

4. 生物的疾病是因為其細胞機能失常。

5. 細胞是生物體結構和功能的基本單位。

6. 生物體是通過細胞的活動來反映其功能的。

7. 細胞是一個相對獨立的單位,既有它自己的生命,又對與其他細胞共同組成的整體生命起作用。

建立

施萊登 -細胞學說的創立人之一施萊登 -細胞學說的創立人之一

從1665年英國物理學家羅伯特·胡克 (Robert Hooke)發現細胞到1839年細胞學說的建立,經過了170多年。在這一時期內,科學家對動、植物的細胞及其內容物進行了廣泛的研究,積累了大量資料。1759年C·F·沃爾夫在《發生論》一書中已清楚地描述了組成動、植物胚胎的“小球”和“小泡”,但還不了解其意義和起源的方式。1805年德國生物學家L·奧肯也提出過類似的概念。1833年英國植物學家R·布朗(Robert Brown)在植物細胞內發現了細胞核;接著又有人在動物細胞內發現了核仁。

到19世紀30年代,已有人注意到植物界和動物界在結構上存在某種一致性,它們都是由細胞組成的,並且對單細胞生物的構造和生活也有了相當多的認識。在這一背景上,施萊登(Matthias Jakob Schleiden)在1838年提出了細胞學說的主要論點,翌年施旺(Theodor Schwann)提出“所有動物也是由細胞組成的”對施萊登提出的“所有的植物都是由細胞組成的”的觀點進行了補充。這就是《細胞學說》(Cell theory)的基礎。20年後另一位德國科學家魏爾肖(Rudolf Virchow)作出了另一個重要的論斷:所有的細胞都必定來自已存在的活細胞。至此,以上三位科學家的研究結果加上許多其他科學家的發現,共同形成了比較完備的細胞學說。

科學家 時間 貢獻 不足
維薩里 1543年 在器官水平研究生命 未深入到細胞水平
比夏 17世紀 在組織水平研究生命 未深入到細胞水平
胡克 1665年 利用顯微鏡發現並命名了細胞 觀察到的是死細胞
虎克 17世紀 用顯微鏡觀察到了活細胞 未上升到理論水平
馬爾比基 17世紀 用顯微鏡觀察了動植物的微細結構 未用細胞來描述
施萊登 19世紀 首先提出細胞是構成植物體的基本單位 未與動物界聯繫
施旺 19世紀 與施萊登共同提出細胞學說;一切動植物都是由細胞構成的 未搞清細胞來源的過程
耐格里 19世紀 觀察到了新細胞的產生是細胞分裂的結果 未上升到理論水平
魏爾肖 1858年 總結出細胞通過分裂產生新細胞 未考慮非細胞結構生命的增殖

歷史

1665年,英國科學家胡克(R.Hooke,1635-1703)使用誕生不久的顯微鏡觀察軟木塞切片,首次發現蜂窩狀的植物細胞。此後100多年間,許多學者對動植物細胞進行了廣泛的觀察,但對細胞的內在結構、功能及其在生物體內的地位尚不明了。

1838年,德國植物學家施萊登(M.J.Schleiden,1804-1881)在前人研究成果的基礎上提出:細胞是一切植物的基本構造;細胞不僅本身是獨立的生命,並且是植物體生命的一部分,並維繫著整個植物體的生命。

1839年,德國動物學家施旺(T.A.H.Schwann,1810-1882)受到施萊登的啟發,結合自身的動物細胞研究成果,把細胞說擴大到動物界,提出一切動物組織均由細胞組成,從而建立了生物學中統一的細胞學說。

1858年,德國病理學魏爾肖(R.C.Virchow,1821-1902)提出“所有的細胞都來源於先前存在的細胞”的著名論斷,徹底否定了傳統的生命自然發生說的觀點。至此細胞學說才全部完成。

現今的細胞學說包括三方面內容:細胞是一切多細胞生物的基本結構單位,對單細胞生物來說,一個細胞就是一個個體;多細胞生物的每個細胞為一個生命活動單位,執行特定的功能;現存細胞通過分裂產生新細胞。

細胞學說將植物學和動物學聯繫在一起,論證了整個生物界在結構上的統一性,以及在進化上的共同起源,有力地推動了生物學向微觀領域的發展。恩格斯將它列為19世紀自然科學三大發現之一。

[注] 此處有羅伯特·胡克

(1635.7.18-1703.3.3)與列文虎克(1632.10.24-1723.08.26)兩位科學家,在中國普通高中生物課程中,有時羅伯特·胡克被譯作“虎克”。

1.從人體的解剖和觀察入手

人體是怎樣構成的?這個問題首先引起了解剖學家的注意。1543年,比利時的維薩里(A.Vesalius)通過大量的屍體解剖研究,發表了巨著《人體構造》,解釋了人體在器官水平的結構。法國的比夏(M.F.X.Bichat)指出器官由低一層次的結構——組織構成,並把組織分為21種。在此期間,人們已經發明了顯微鏡,可以進行顯微觀察。可惜比夏不相信顯微鏡,認為顯微鏡下觀察到的是光影的假像,只相信“眼見為實”。

2.顯微鏡下的重大發現

虎克時代的顯微鏡虎克時代的顯微鏡

1665年,英國科學家虎克(R.Hooke)用顯微鏡觀察植物的木栓組織,發現由許多規則的小室組成,他把觀察到的圖像畫了下來,並把“小室”稱為cell——細胞。它既是細胞的發現者,也是命名者。

在17世紀,許多顯微鏡的製作者,同時也是生物體微觀結構的研究者。“工欲善其事,必先利其器”。荷蘭著名墨鏡技師列文虎克(A.van Leeuwenhoek)用自製的顯微鏡,觀察到不同形態的細菌、紅細胞和精子等。義大利的馬爾比基(M. Malpighi)用顯微鏡廣泛觀察了動植物的微細結構。但是,,他們並沒有用“細胞”來描述其發現,也沒有進一步考慮生物體結構的一致性。

3.理論思維和科學實驗的結合

18世紀,德國一位研究海洋生物的自然哲學家提出,複雜的有機體都是一種球狀小泡似的纖毛蟲的聚合體。這些纖毛蟲失去了自己的獨立性而將其生命從屬於一個整體。這一理論雖然缺乏實驗依據,卻喚起了實驗科學家的注意。施萊登、施旺也由此受到了啟發。

施萊登通過研究植物的生長發育,首先提出細胞是構成植物體的基本單位,並把研究情況告訴了施旺。當時施旺正在研究脊椎動物脊索和軟骨的結構,受到施萊登的啟發後,決意要“證明兩大有機界最本質的聯繫”,並發表了研究報告《關於動植物的結構和一致性的顯微研究》。施旺還說:“現在,我們已推到了分割動植物界的巨大屏障。”

4.細胞學說在修正中前進

施萊登和施旺所說的“新細胞從老細胞中產生”,被描述為從老細胞核中長出一個新細胞,或者是在細胞質中像結晶那樣產生新細胞。後來,施萊登的朋友耐格里(K. Nageli)用顯微鏡觀察了多鍾植物分生區新細胞的形成,發現新細胞的產生原來是細胞分裂的結果。還有些學者觀察了動物受精卵的分裂。在此基礎上,1858年,德國的魏爾肖(R.L.C. Virchow)總結出“細胞通過分裂產生新細胞”。他的名言是:“所有的細胞都來源於先前存在的細胞”,這個斷言,至今仍未被推翻。

主要貢獻人

在十九世紀以前許多學者的工作都著眼於細胞的顯微結構方面,從事形態上的描述,而對各種有機體中出現細胞的意義一直沒有作出理論的概括,直到 19 世紀 30 年代德國人施萊登 (Matthias Jakob Schleiden) 、施旺 (Theodor Schwann) 提出:一切植物、動物都是由細胞組成的,細胞是一切動植物的基本單位。這一學說即“細胞學說(Cell Theory)”,在 19 世紀已有不少科學家的工作對細胞學說的創立做出了很大的貢獻,如:

1. Jean-Baptiste de Lamark (1744~1829),獲得性遺傳理論的創始人,法國退伍陸軍中尉,50 歲成為巴黎動物學教授,1909年他認為只有具有細胞的機體,才有生命。"It has been recognized for a long time that the membranes which form the envelopes of the brain, of the nerves, of vessels, of all kinds of glands, of viscera, of muscles and their fibers, and even the skin of the body are in general the productions of cellular tissue. But no one, so far as I know, has yet perceived that cellular tissue is the general matrix of all organization and that without this tissue no living body would be able to exist, nor could it have been formed." (在很長一段時間裡已得到公認的是,所有形成包復結構的膜,即復蓋著大腦、神經、血管、各種腺體、內臟、肌肉纖維、以及機體皮膚等所有器官的膜,都是細胞組織的一般產物。但據我所知,尚無人領悟到細胞組織是所有器官的一般組成基質,倘若離開了細胞組織任何活體都無法存在,亦無法形成。)

2. Charles Brisseau Milbel (1776~1854),法國植物學家,1802 年認為植物的每一部分都有細胞存在。"The plant is wholly formed of a continuous cellular membranous tissue. Plants are made up of cells, all parts of which are in continuity and form one and the same membranous tissue." (每個植物都由一個連續的細胞膜性組織形成。所有植物都是由細胞構成的,所有部分都是連續性的並由同一均質的膜性材料所組成。)

3. Henri Dutrochet (1776~1847),法國生理學家,1824年進一步描述了細胞的原理。"All organic tissues are actually globular cells of exceeding smallness, which appear to be united only by simple adhesive forces; thus all tissues, all animal (and plant) organs, are actually only a cellular tissue variously modified. This uniformity of finer structure proves that organs actually differ among themselves merely in the nature of the substances contained in the vesicular cells of which they are composed.” (所有有機組織實際上都是極其微小的球狀細胞,似乎只是被簡單的粘合力所聚集在一起的;因此所有組織、所有動植物器官,其實都是經過各種不同改造的細胞組織。這種細微結構的均一化證明了不同器官之間的差異僅僅存在於其組成細胞中所含物質本身的性質而已。)

4. Matthias Jakob Schleiden (1804~1881),德國植物學教授,1938年發表“植物發生論”(Beiträge zur Phytogenesis),認為無論怎樣複雜的植物都有形形色色的細胞構成。他認識到了 Robert Brown 發現細胞核的重要意義,這一點 Brown 本人並未做到,他試圖重建細胞發育的過程,為此他聰明地選擇了胚胎細胞作為他研究的起點,他還在細胞中發現了核仁。

5. Theodor Schwann (1810~1882),德國解剖學教授,一開始就研究 Schleiden 的細胞形成學說,他完全接受了這個學說,並把它擴展為所有生命現象的起源和基礎的一般理論。他把 Schleiden 在植物中的發現套用到動物中去,並於 1838 年提出了“細胞學說” (Cell Theory) 這個術語;1939 年發表了“關於動植物結構和生長一致性的顯微研究”,因此細胞學說的創立被認為歸功於 Schleiden 和 Schwann 兩個人,而且年份也被定到 1839 年。

Schwann 提出:

1) 有機體是由細胞構成的;

2) 細胞是構成有機體的基本單位。

1855 德國人 Rudolf Ludwig Karl Virchow 提出“一切細胞來源於細胞” (Omnis cellula e cellula) 的著名論斷,進一步完善了細胞學說。

把細胞作為生命的一般單位,以及作為動植物界生命現象的共同基礎的這種概念立即受到了普遍的接受。恩格斯將細胞學說譽為 19 世紀的三大發現之一。

學說之爭

細胞學說與新細胞學說之爭。十九世紀四十年代,蘇聯女學者 --勒柏辛斯卡婭宣布她創立了"新細胞學說",指斥德國病理學微爾嘯(R.C.Virchow,1821-1902)學說是"偽科學的"勒柏辛斯卡婭1915年畢業於莫斯科醫學院,十月革命後從事行政工作並講授過組織學課程。到了晚年開始研究細胞的起源。她從63歲開始,以雞蛋為材料,對蛋黃球轉變為細胞的過程進行研究,宣稱自己發現了雞的卵黃球會發展成為雞的內胚層細胞。這種見解在她之前也有人提出過,但從未被人證實過。爾後她又研究鱘魚的卵細胞的發育過程,聲稱它們在發育過程中經歷過無細胞核的階段,而無核的卵細胞會發展成為有核的卵細胞。並於1945年出版了《細胞起源於生活物質以及生活物質在有機體中的作用》一書,總結了她的一系列"新發現",宣告"新細胞學說的誕生",以往細胞學說的不科學。

勒柏辛斯卡婭新細胞學說一問世,便受到學術界和科學界的強烈反對,許多遺傳學、組織學、細胞學與胚胎學的權威分別或聯名寫文章,對勒柏辛斯卡的工作進行了批評,指出其工作是不科學的。但是,由於當時蘇聯的某些領導機關利用行政手段進行干預,迫使這些科學家不得不放棄自己的學術見解,致使在1950年5月召開的關於細胞起源於非細胞生活物質問題的會議上"一致"贊同勒柏辛斯卡婭的理論和實驗是重大的科學成就,還"一致"認為社會主義國家不應該有微耳和細胞學說的存在。1950年7月蘇聯科學院主席團和蘇聯醫學科學院主席團作出聯合決定,宣布勒柏辛斯卡婭的工作是"偉大的成就",並號召生物學家和醫學家沿著勒柏辛斯卡婭的研究方向前進。蘇聯部長會議也作出決定,授予勒柏辛斯卡婭史達林獎金一等獎。曾批評過"新細胞學說"的科學家被迫紛紛作出檢討。但政治高壓畢竟壓不出科學。"新細胞學說"沒有一項得到實驗的證實,是一種名副其實的偽科學。

意義

細胞學說說明了細胞的統一性和生物體的統一性,為達爾文的進化論打下了基礎。

細胞學說[編輯]人類癌細胞的細胞核(特別是DNA)被染成藍色。中央和右邊的細胞處於間期,所以整個細胞核被標記。在左邊的細胞正在經歷有絲分裂和其DNA已凝聚。

細胞學說

細胞學說是關於細胞是動物和植物結構和生命活動的基本單位的學說。它是由德國生物學家馬蒂亞斯·雅各布·施萊登(Matthias Jakob Schleiden)和泰奧多爾·施旺(Theodor Schwann)分別在1838年和1839年提出的。然而,其他許多科學家,例如魯道夫·菲爾紹(Rudolf Virchow)等都有貢獻於這一理論。細胞理論已經成為生物學的基礎,是細胞功能的最普遍為人接受的解釋。

細胞學說的三個要點如下所描述:

細胞是一個有機體,一切動植物都由細胞發育而來,並由細胞和細胞產物所構成。

細胞是一個相對獨立的單位,既有它自己的生命,又對與其他細胞共同組成的整體的生命起作用。

新細胞可以從以前存在的活得細胞中產生。

細胞學說細胞學說

歷史

安東尼·范·列文虎克的17世紀的顯微鏡有270倍的放大倍率。羅伯特·胡克(Robert Hooke)的顯微鏡。

在18世紀的德國,自然哲學非常盛行。這個體系的內容之一是描述他們認為是組成有機世界多樣性的典型單位。歌德認為葉子是各種不同植物的典型單位結構,而奧肯則主張脊椎節是一般動物原型結構的基本單位。奧肯還進一步認為有機體由粘液囊泡或活的單位所組成,並在它們暫時所屬的有機體死亡後繼續生存著,形成另一個生物的一部分。在19世紀早期,這樣一種觀點相當流行,並且同對動植物結構的顯微鏡觀察結合在

細胞的發現

胡克在他的著作《顯微圖譜》中的軟木細胞結構的繪圖。

在1665年羅伯特·胡克(Robert Hooke),第一次用顯微鏡發現了植物細胞,並且在他的著作《顯微圖譜》(Micrographia)描述。但是當時細胞並沒有被認為是植物世界的獨立的、活的結構單位。

在19世紀初期,植物解剖的研究復活了,德國植物學家特雷維拉努斯和馮·莫爾認識到細胞是植物的結構單位。19世紀20年代,義大利的亞米齊和其他人製成了改進的消色差顯微鏡,使人們得以觀察到有機細胞的詳細情況。一個倫敦醫生羅伯特·布朗於1831年觀察到植物細胞一般具有一個核,不過他對自己的發現並不怎樣重視。捷克人浦肯野用顯微鏡觀察了一個母雞卵中的胚核,並指出動物的組織,在胚胎中是由緊密裹在一起的細胞質塊所組成,這些細胞質塊與植物的組織很類似。

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馬蒂亞斯·雅各布·施萊登(Matthias Jakob Schleiden) (1804–1881)泰奧多爾·施旺(Theodor Schwann) (1810–1882)

這些觀察導致耶拿大學的植物學教授馬蒂亞斯·雅各布·施萊登(Matthias Jakob Schleiden)於1838年宣布,細胞是一切植物結構的基本的活的單位和一切植物藉以發展的根本實體的學說。盧萬大學的解剖學教授泰奧多爾·施旺(Theodor Schwann)於1839年把細胞說擴大到動物界。

19世紀40年代許多研究者糾正了他們其中的一些錯誤觀點,特別是植物學家馮·莫爾,耐格里和霍夫邁斯特以及動物學家克里克爾、萊迪希和雷馬克,他們證明新細胞是靠分裂形成的,細胞核先在母細胞內分裂為二,然後是母細胞分裂為兩個子細胞。

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