第一章历史与展曾 HISTORY AND PERSPECTIVE
第一节细胞生物学简史 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19世纪30年代到20世纪初期，细胞学说形成后，开辟了一个新的研究领 域，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：从20世纪30年代到70年代，电子显微镜技术出现后，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。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话动中的作用成为主要任务，基因调控、信 号转导、肿瘤生物学、细胞分化和调亡是当代的研究热点。 一、显微镜的发明与细胞的发现 没有显微镜就不可能有细胞学诞生。 1.1590荷兰眼镜制造商J.Janssen和Z.Janssen父子制作了第一台复式显微镜，尽 管其放大倍数不超过10倍，但具有划时代的意义。 2.1665英国人Robert Hooke用自己设计与制造的显微镜（放大倍数为40-140倍， 图1-1)观察了软木（栎树皮）的薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次用clls(小 室)这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室（实际上只是观察到到纤维质 的细胞壁)。 3.1672,1682英国人Nehemiah Grew出版了两卷植物显微图谱，注意到了植物细胞 中细胞壁与细胞质的区别
第一节 细胞生物学简史 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 19 世纪 30 年代到 20 世纪初期，细胞学说形成后，开辟了一个新的研究领 域，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：从 20 世纪 30 年代到 70 年代，电子显微镜技术出现后，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。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。 一、显微镜的发明与细胞的发现 没有显微镜就不可能有细胞学诞生。 1. 1590 荷兰眼镜制造商 J.Janssen 和 Z.Janssen 父子制作了第一台复式显微镜，尽 管其放大倍数不超过 10 倍，但具有划时代的意义。 2. 1665 英国人 Robert Hooke 用自己设计与制造的显微镜（放大倍数为 40-140 倍， 图 1-1)观察了软木（栎树皮)的薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次用 cells（小 室)这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室（实际上只是观察到到纤维质 的细胞壁)。 3. 1672，1682 英国人 Nehemiah Grew 出版了两卷植物显微图谱，注意到了植物细胞 中细胞壁与细胞质的区别
4.1680荷兰人A.van Leeuwenhoek成为皇家学会会员，一生中制作了200多台显 微镜和500多个镜头（图1-2）。他是第一个看到活细胞的人，观察过原生动物、人类精 子、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌等等。 5.1752英国望远镜商人J.Dollond发明消色差显微镜。 图1-1 Robert Hooke和他的显微镜
4. 1680 荷兰人 A. van Leeuwenhoek 成为皇家学会会员，一生中制作了 200 多台显 微镜和 500 多个镜头（图 1-2）。他是第一个看到活细胞的人，观察过原生动物、人类精 子、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌等等。 5. 1752 英国望远镜商人 J. Dollond 发明消色差显微镜。 图 1-1 Robert Hooke 和他的显微镜
图1-2A.van Leeuwenhoek的显微镜（图片来自hto:www.arsmachina.com 6.1812苏格兰人D.Brewster发明油浸物镜，并改进了体视显微镜。 7.1886德国人Ernst Abbe发明复消差显微镜，并改进了油浸物镜，至此普通光学显微 镜技术基本成熟。 8.1932德国人M.Knoll和E.A.F.Ruska描述了一台最初的电子显微镜，1940年美国 和德国制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。 9.1932荷兰籍德国人F.Zernike成功设计了相差显微镜(phasecontrast microscope),并因此获1953年诺贝尔物理奖。 10.1981瑞士人G.Binnig和H.Roherl在BM苏黎世实验中心(Zurich Research Center)发明了扫描隧道显微镜而与电镜发明者Ruska同获1986年度的诺贝尔物理学奖。 二、细胞学说 在十九世纪以前许多学者的工作都着眼于细胞的显微结构方面，从事形态上的描述，而对 各种有机体中出现细胞的意义一直没有作出理论的概括，直到19世纪30年代德国人施莱登 Matthias Jacob Schleiden、施旺Theodar Schwann提出：一切植物、动物都是由细胞组成 的，细胞是一切动植物的基本单位。这一学说即“细胞学说(Cell Theory)”,在19世纪已有不 少科学家的工作对细胞学说的创立做出了很大的贡献，如： 1.Jean-Baptiste de Lamarck(1744-1829),获得性遗传理论的创始人，法国退伍陆军 中尉，50岁成为巴黎动物学教授，1909年他认为只有具有细胞的机体，才有生命。“1thas 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。" 2.Charles Brisseau Milbel(1776-1854),法国植物学家，1802年认为植物的每一部分 都有细胞存在，“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。”。 3.Henri Dutrochet(1776-1847),法国生理学家，1824年进一步描述了细胞的原理， 他认为“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
图 1-2 A. van Leeuwenhoek 的显微镜（图片来自 http://www.arsmachina.com） 6. 1812 苏格兰人 D. Brewster 发明油浸物镜，并改进了体视显微镜。 7. 1886 德国人 Ernst Abbe 发明复消差显微镜，并改进了油浸物镜，至此普通光学显微 镜技术基本成熟。 8. 1932 德国人 M. Knoll 和 E. A. F. Ruska描述了一台最初的电子显微镜，1940 年美国 和德国制造出分辨力为 0.2nm 的商品电镜。 9. 1932 荷兰籍德国人 F. Zernike 成功设计了相差显微镜（phasecontrast microscope) ，并因此获 1953 年诺贝尔物理奖。 10. 1981 瑞士人 G. Binnig 和 H. RoherI 在 BM 苏黎世实验中心（Zurich Research Center）发明了扫描隧道显微镜而与电镜发明者 Ruska同获 1986 年度的诺贝尔物理学奖。 二、细胞学说 在十九世纪以前许多学者的工作都着眼于细胞的显微结构方面，从事形态上的描述，而对 各种有机体中出现细胞的意义一直没有作出理论的概括，直到 19 世纪 30 年代德国人施莱登 Matthias Jacob Schleiden 、施旺 Theodar Schwann 提出：一切植物、动物都是由细胞组成 的，细胞是一切动植物的基本单位。这一学说即“细胞学说（Cell Theory)”，在 19 世纪已有不 少科学家的工作对细胞学说的创立做出了很大的贡献，如： 1. Jean-Baptiste de Lamarck （1744-1829)，获得性遗传理论的创始人，法国退伍陆军 中尉，50 岁成为巴黎动物学教授，1909 年他认为只有具有细胞的机体，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。” 2. Charles Brisseau Milbel（1776-1854)，法国植物学家，1802 年认为植物的每一部分 都有细胞存在，“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。”。 3. Henri Dutrochet （1776-1847），法国生理学家，1824 年进一步描述了细胞的原理， 他认为 “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". 4.Matthias Jacob Schleiden(1804-1881),德国植物学教授[1]，1938年发表“植物发生 论"(Beitrage zur Phytogenesis),认为无论怎样复杂的植物都有形形色色的细胞构成。他认识 到了Brown发现细胞核的重要意义，这一点Brown本人并未做到，他试图重建细胞发育的过 程，为此他聪明地选择了胚胎细胞作为他研究的起点，他还在细胞中发现了核仁。 5.Theodor Schwann(1810-1882),德国解剖学教授，一开始就研究Schleiden的细胞 形成学说，他完全接受了这个学说，并把它扩展为所有生命现象的起源和基础的一般理论。他 把Schleiden在植物中的发现应用到动物中去，并于1838年提出了“细胞学说”(Cell Theory) 这个术语；1939年发表了“关于动植物结构和生长一致性的显微研究”(Mikroskopische Untersuchungen uber die Ubereinstimmung in der Struktur und dem Wachstum der Tiere und Pflanzen)。因此细胞学说的创立被认为归功于Schleiden和Sehwann两个人，而且年份 也被定到1839年。 Schwann提出： 1)有机体是由细胞构成的： 2)细胞是构成有机体的基本单位。 1855德国人R.Virchow提出“一切细胞来源于细胞”(omnis cellula e cellula)的著名论 断，进一步完善了细胞学说。 把细胞作为生命的一般单位，以及作为动植物界生命现象的共同基础的这种概念立即受 到了普遍的接受。恩格斯将细胞学说誉为19世纪的三大发现之一。 三、细胞生物学的发展 19世纪后期显微技术的改进，生物固定技术（如：F1 eming1882,1884;Canoy1886) 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，是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
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” 。 4. Matthias Jacob Schleiden（1804-1881)，德国植物学教授[1]，1938年发表“植物发生 论”(Beiträge zur Phytogenesis)，认为无论怎样复杂的植物都有形形色色的细胞构成。他认识 到了 Brown 发现细胞核的重要意义，这一点 Brown 本人并未做到，他试图重建细胞发育的过 程，为此他聪明地选择了胚胎细胞作为他研究的起点，他还在细胞中发现了核仁。 5. Theodor Schwann（1810-1882)，德国解剖学教授，一开始就研究 Schleiden 的细胞 形成学说，他完全接受了这个学说，并把它扩展为所有生命现象的起源和基础的一般理论。他 把 Schleiden 在植物中的发现应用到动物中去，并于 1838 年提出了“细胞学说”（Cell Theory) 这个术语；1939 年发表了“关于动植物结构和生长一致性的显微研究”(Mikroskopische Untersuchungen über die Übereinstimmung in der Struktur und dem Wachstum der Tiere und Pflanzen)。因此细胞学说的创立被认为归功于 Schleiden 和 Sehwann 两个人，而且年份 也被定到 1839 年。 Schwann 提出： 1) 有机体是由细胞构成的； 2) 细胞是构成有机体的基本单位。 1855 德国人 R. Virchow 提出“一切细胞来源于细胞”（omnis cellula e cellula）的著名论 断，进一步完善了细胞学说。 把细胞作为生命的一般单位，以及作为动植物界生命现象的共同基础的这种概念立即受 到了普遍的接受。恩格斯将细胞学说誉为 19 世纪的三大发现之一。 三、细胞生物学的发展 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，是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