1.2 細(xì)胞生物學(xué)
1.2.1 細(xì)胞生物學(xué)的形成和發(fā)展
自17世紀(jì)中葉細(xì)胞被發(fā)現(xiàn)以后，人們對(duì)于生物體的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了微觀世界。到20世紀(jì)50年代，由于電子顯微鏡等先進(jìn)儀器和技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)生物體的認(rèn)識(shí)又進(jìn)一步深入到超微觀直至分子水平。至此，人們不僅了解了細(xì)胞的一般形態(tài)結(jié)構(gòu)，也了解了細(xì)胞的內(nèi)部構(gòu)造、分子組成及其功能關(guān)系，因此以細(xì)胞作為研究對(duì)象的學(xué)科——細(xì)胞生物學(xué)也隨之誕生。從細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)到細(xì)胞生物學(xué)的建立，大約經(jīng)歷了300多年，這段歷程一般分為以下四個(gè)歷史階段。
1.細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立時(shí)期
這段時(shí)期一般認(rèn)為是從1665年至，1875年。1665年胡克用自制的顯微鏡首次觀察到植物的組織細(xì)胞，現(xiàn)在確定實(shí)際上是一些死亡的櫟樹韌皮部細(xì)胞的細(xì)胞壁構(gòu)成的空泡。1674年荷蘭生物學(xué)家列文胡克（Leeuwenhook）用放大倍數(shù)較高的顯微鏡觀察到水生原生動(dòng)物（如纖毛蟲）、單細(xì)胞藻類、動(dòng)物精子及魚類紅細(xì)胞，才算真正觀察到生活狀態(tài)的細(xì)胞。這以后，由于顯微鏡技術(shù)的不斷改進(jìn)和普及，人們對(duì)細(xì)胞的認(rèn)識(shí)也就日趨深入。這段時(shí)期，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核（Brown，1831），發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞分裂現(xiàn)象（Mhol，1835），發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞的“肉樣質(zhì)”即原生質(zhì)（Dujardin，1835），發(fā)現(xiàn)了核仁（Valentin，1836）。這些發(fā)現(xiàn)，使人們對(duì)細(xì)胞的認(rèn)識(shí)粗具系統(tǒng)性。于是，德國植物學(xué)家施萊登（Sehleiden）總結(jié)前人成果并結(jié)合自己的研究，于1838年出版了《關(guān)于植物的發(fā)生》一書，指出“植物，無論發(fā)展到多么高級(jí)，都是由個(gè)體化的、各自獨(dú)立的、分離的物體組成的聚合體，這些物體就是細(xì)胞”。第二年，德國動(dòng)物學(xué)家施旺（Schwand，1839）發(fā)表了《關(guān)于動(dòng)植物在結(jié)構(gòu)和生長中的相似性的顯微研究》一文，提出“整個(gè)動(dòng)物和植物乃是細(xì)胞的集合體，它們依照一定的規(guī)律排列在動(dòng)植物體內(nèi)�！睆亩�使對(duì)細(xì)胞的認(rèn)識(shí)理論化，建立起關(guān)于細(xì)胞的學(xué)說�？偟膩碇v，細(xì)胞學(xué)說（cell thoary）包括了以下觀點(diǎn)①一切生物體。包括單細(xì)胞生物、植物和動(dòng)物，都是由細(xì)胞組成的；②所有細(xì)胞在結(jié)構(gòu)、組成上基本相似；③生物體通過細(xì)胞的活動(dòng)反映其功能；④新細(xì)胞是由已存在的細(xì)胞分裂而來�，F(xiàn)在看來，這些觀點(diǎn)是符合事實(shí)的。
此外，還應(yīng)指出的是當(dāng)時(shí)的德國病理學(xué)家魏爾嘯（Virchowr，1858）將細(xì)胞學(xué)說應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，并首次提出“一切病理現(xiàn)象都是基于細(xì)胞的損傷”，不僅豐富了細(xì)胞學(xué)說，而且為疾病的發(fā)生提出了重要的理論依據(jù)。
細(xì)胞學(xué)說的建立是科學(xué)史上的偉大事件，被恩格斯稱為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之另兩大發(fā)現(xiàn)為進(jìn)化論和能量守恒及轉(zhuǎn)換定律）。但由于研究工具和方法的局限，當(dāng)時(shí)對(duì)細(xì)胞的研究只是停留在形態(tài)觀察上，而對(duì)細(xì)胞的功能，大多屬于臆測(cè)。
2.細(xì)胞學(xué)的經(jīng)典時(shí)期
這一時(shí)期一般指19世紀(jì)的最后25年。這段時(shí)期由于研究技術(shù)和方法的改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞的有絲分裂（Flemming等，1880）和減數(shù)分裂（Beneden等，1883），完善了原生質(zhì)理論，提出了原生質(zhì)體（protoplast）的概念（}tanstejn，1880）。另外，還發(fā)現(xiàn)了一些重要的細(xì)胞器，如1883年貝內(nèi)登（13enden）發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲卵中的中心體，1894年阿爾特曼（Altmann）發(fā)現(xiàn)線粒體，：1898年高爾基（G01gi）發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞中的高爾基體等。同時(shí)這一時(shí)期還開始使用“染色體”這一概念（Waldeyer，1888）。更值一提的是卡勞爾（Carnoy）于1884年在比利時(shí)勞汶的天主教大學(xué)創(chuàng)辦了第一本專門報(bào)道細(xì)胞研究的雜志《細(xì)胞》（La cellule）。這樣使細(xì)胞學(xué)說上升到了一個(gè)新的水平，并建立起系統(tǒng)的學(xué)科體系，使細(xì)胞學(xué)說成為細(xì)胞學(xué)（Cytology）學(xué)科。由于這一時(shí)期仍以動(dòng)、植物細(xì)胞的形態(tài)觀察描述為主，為區(qū)別于后幾十年細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)研究，故將細(xì)胞學(xué)發(fā)展的這一時(shí)期稱為經(jīng)典細(xì)胞學(xué)時(shí)期。
細(xì)胞學(xué)的建立及主要成就得力于細(xì)胞研究技術(shù)和方法的進(jìn)步。如使用蘇木精、洋紅等細(xì)胞染色劑的染色技術(shù)，切片機(jī)和復(fù)式顯微鏡的應(yīng)用等。
3.實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)時(shí)期
20世紀(jì)上半葉，科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，相鄰的學(xué)科之間相互滲透，細(xì)胞學(xué)也從單一的形態(tài)結(jié)構(gòu)研究轉(zhuǎn)入生理功能、化學(xué)變化、發(fā)生發(fā)展的綜合研究，而且廣泛采用了實(shí)驗(yàn)的手段，因此稱這一時(shí)期為實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)時(shí)期。
最早以實(shí)驗(yàn)方法研究細(xì)胞活動(dòng)的是赫特維希（Hertwig）等人。他研究海膽卵的受精過程，人為地去掉其細(xì)胞核，觀察是否受精，同時(shí)用物理、化學(xué)的方法刺激受精卵的發(fā)育。美國學(xué)者摩爾根（Morgan）以果蠅為材料，研究遺傳因子的效應(yīng)，不僅發(fā)展了19世紀(jì)孟德爾（Mendel）的遺傳理論，而且將生物的遺傳與細(xì)胞的作用聯(lián)系起來。另外，細(xì)胞化學(xué)、生理方面的研究也取得較大進(jìn)展，如美國學(xué)者ltarfison于1907年用蛙淋巴液成功地培養(yǎng)了神經(jīng)細(xì)胞，1912年法裔美國人卡雷爾（carre1）采用嚴(yán)格的組織培養(yǎng)技術(shù)，成功地培養(yǎng)了雞胚胎成纖維細(xì)胞。1924年Fenlgexl首創(chuàng)Fenlgen染色法鑒別細(xì)胞中的核酸物質(zhì)。1943年克勞德（ckude）以高速離心機(jī)從活細(xì)胞中分離出線粒體并證實(shí)線粒體是細(xì)胞氧化的中心場(chǎng)所。
由于這一時(shí)期細(xì)胞學(xué)發(fā)展迅速，也誕生了一些分支學(xué)科，如以染色體為中心，研究細(xì)胞遺傳現(xiàn)象的細(xì)胞遺傳學(xué)；以研究細(xì)胞生理活動(dòng)為主的細(xì)胞生理學(xué)；研究細(xì)胞化學(xué)組成及化學(xué)功能定位的細(xì)胞化學(xué)等。
4.細(xì)胞生物學(xué)時(shí)期
從20世紀(jì)50年代開始，高分辨力的電子顯微鏡應(yīng)用于細(xì)胞學(xué)，使細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（Porter，1950）、溶酶體（De Duve，1952）、質(zhì)膜（Robertson，1958）、高爾基復(fù)合體（sjostrand，1950）、線粒體（Palade，1952）得以發(fā)現(xiàn)或重新認(rèn)識(shí)。另外，層析法和同位素示蹤方法等在細(xì)胞學(xué)中的應(yīng)用，使細(xì)胞的一些化學(xué)成分得到分析和鑒別。尤其是1953年生（Watson）和克里克（crick）對(duì)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的闡明和“中心法則”（Crick，1958）的提出以及三聯(lián)體遺傳密碼（Nirenberg，Matthaei，1961）的證明，使細(xì)胞研究開始從整體水平、超微結(jié)構(gòu)水平、分子水平三個(gè)層次綜合探討細(xì)胞的生命活動(dòng)規(guī)律，因此細(xì)胞學(xué)的理論更加豐富和系統(tǒng)化，為了更確切地表達(dá)這個(gè)學(xué)科的內(nèi)涵，故將細(xì)胞學(xué)更改為細(xì)胞生物學(xué)（Cell Biology）。
從時(shí)間上講，細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的形成以1965年E.De Robetis的《普通細(xì)胞學(xué)》改為《細(xì)胞生物學(xué)》到1976年在美國波士頓召開的第一屆國際細(xì)胞生物學(xué)會(huì)議為標(biāo)志。一般來講，細(xì)胞學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)的主要區(qū)別在于前者主要從靜態(tài)和單一的水平研究細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能，而后者是從動(dòng)態(tài)和各種綜合的因素研究細(xì)胞的生命現(xiàn)象。由于目前細(xì)胞生物學(xué)對(duì)細(xì)胞的認(rèn)識(shí)深入到了分子水平，與分子生物學(xué)、生物化學(xué)等形成明顯的交叉。其研究范疇巳不易界定，故現(xiàn)又有人將其稱為分子細(xì)胞生物學(xué)或細(xì)胞分子生物學(xué)（Molecu{ar Cell Bi—
ology；Moleccular Bil3logyr of the Celi）。
1. 2.2 細(xì)胞生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容和范圍
由于各種新技術(shù)、新方法的應(yīng)用和現(xiàn)代生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科的滲入，細(xì)胞生物學(xué)的研究?jī)?nèi)容日趨深入，范圍更加廣泛�？偟膩碇v，它的基本研究?jī)?nèi)容和范圍包括以下幾個(gè)方面。
1.細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成
主要研究各種細(xì)胞的構(gòu)造及其化學(xué)組成情況。細(xì)胞結(jié)構(gòu)包括細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)、超微結(jié)構(gòu)及細(xì)胞與細(xì)胞之間、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的聯(lián)系結(jié)構(gòu)�；瘜W(xué)組成包括細(xì)胞結(jié)構(gòu)的分子組成，細(xì)胞內(nèi)化學(xué)成分的分布、含量、比例以及代謝變化規(guī)律等。如對(duì)生物膜的研究不僅要弄清它的分子組成、分子排列特點(diǎn)，還要分析同屬生物膜的質(zhì)膜與細(xì)胞內(nèi)膜的同一性、差異性以及正常細(xì)胞與異常細(xì)胞如癌細(xì)胞膜的區(qū)別等。
2.細(xì)胞及細(xì)胞器的功能
在研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究認(rèn)識(shí)細(xì)胞及細(xì)胞器的功能，特別是細(xì)胞內(nèi)各種生理、生化作用的定位。如現(xiàn)在已經(jīng)清楚線粒體是細(xì)胞呼吸的中心，細(xì)胞中的物質(zhì)氧化、能量轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在線粒體。溶酶體是細(xì)胞內(nèi)的消化器官，能分解消化進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的異源性物質(zhì)及自身衰亡的結(jié)構(gòu)。核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所等。此外還從細(xì)胞的整體水平研究細(xì)胞器與細(xì)胞器的功能關(guān)系，如粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核糖體、高爾基復(fù)合體在蛋白質(zhì)的合成、加工、運(yùn)輸方面具有的相互聯(lián)系。
3.細(xì)胞增殖與分化
增殖和分化是細(xì)胞的基本生命活動(dòng)，細(xì)胞通過增殖發(fā)展其數(shù)目。通過分化產(chǎn)生新的種類。尤其在多細(xì)胞生物體，兩者之間存在著密不可分的關(guān)系。但細(xì)胞為什么會(huì)增殖而且如此有序？分化為什么如此穩(wěn)定總向一個(gè)方向發(fā)展？這些問題至今還沒有完全解決。目前知道細(xì)胞的增殖和分化受到細(xì)胞內(nèi)外許多因素的調(diào)節(jié)控制，如基因的調(diào)節(jié)、有絲分裂因子的調(diào)節(jié)、生長因子的調(diào)節(jié)、信息分子如環(huán)核苷酸的調(diào)節(jié)等。研究細(xì)胞的增殖和分化不僅對(duì)認(rèn)識(shí)生物個(gè)體的發(fā)生有一定意義，而且對(duì)一些具體問題如癌的發(fā)生與防治、遺傳性疾病的發(fā)生與預(yù)防有指導(dǎo)意義。
4.細(xì)胞的衰老與死亡
細(xì)胞作為生命的基本結(jié)構(gòu)和功能單位有一個(gè)生命活動(dòng)周期，衰老、死亡是它的必然歸宿。細(xì)胞的衰老雖與機(jī)體的衰老不同，但其關(guān)系密切，在～定意義上講，細(xì)胞的衰亡是機(jī)體衰亡的基礎(chǔ)，尤其是一些高度分化的細(xì)胞如腦細(xì)胞、心肌細(xì)胞，其衰亡直接與機(jī)體的衰亡相關(guān)。細(xì)胞如何衰亡？特征如何？能否控制和如何控制？這都是細(xì)胞生物學(xué)所要研究的問題。
此外，細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞的遺傳變異、細(xì)胞的免疫以及細(xì)胞工程也都是細(xì)胞生物學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容。
雖然細(xì)胞生物學(xué)目前已經(jīng)解決了有關(guān)細(xì)胞的許多問題，但還有許多難題有待深入研究。
……