The key to every biological problem must finally be sought in the cell. ——Wilson
所有动物和植物体都由细胞所构成, 这是人们直到1840s才意识到的事情. 注意到当时对生物界的划分采用的是两界系统, 真菌、原生生物和原核生物被归并到两类之中, 并且直到细胞学说建立近五十年后才第一次发现了病毒, 因此这句话其实也就可以理解成是当时人们语境中的“一切生物都由细胞构成”. 细胞学说的发展史大致可以叙述如下:
宏观观察路线. 由于技术手段的限制, 这一路线是解剖学家的主战场. 1543年比利时的解剖学家维萨里发表《人体构造》, 揭示了人体在器官水平的结构, 实际上引发了医学革命(在此之前, 古罗马的盖伦体系占据了医学界的主导地位, 维萨里通过精确的解剖否定了盖伦的许多观点, 被誉为和哥白尼齐名的文艺复兴期间科学革命的代表人之一, 有趣的是在同一年1543年哥白尼也发表了他《天体运行论》, 否定了老托勒密的地心模型).
两个半世纪以后, 比夏(1771-1802)提出了他的组织学说, 通过肉眼观察, 发现器官都是由低一层次的结构“组织”所构成的, 并且把动物体内的组织划分为21种(后来被缩减为4种), 被誉为组织学之父. 值得注意的一点是, 在比夏的年代(1800s)显微镜技术已经非常成熟、各种细胞也早已经被发现了, 但是他并不相信显微镜, 认为显微镜下看到的都是光影的假象, 只相信“眼见为实”(这一点非常令人费解: 按理来说当时经典光学理论已经发展得很完善了, 牛顿的《光学》和惠更斯的《光论》也已经早在虎克发现细胞的时代发表, 或许正是因为粒子说和波动说的争论让比夏对光学丧失了信心吧XD), 因而并没有更深入一层地研究组织的结构, 和当时发现的细胞联系起来.
微观观察路线. 在1665年英国科学家虎克用显微镜观察植物的木栓组织, 发现木栓是由许多规则的小室组成的, 于是他把小室称为细胞(cell), 但实际上虎克发现的是死细胞的细胞壁. 此后列文虎克和马尔比基陆续观察了许多生物细胞, 但没有从理论上总结生物体结构的一致性.
联系微观和宏观世界: 细胞学说的建立. 1840s德国植物学家施莱登(Schleiden)和动物学家施旺(Schwann)在各自的研究中分别发现植物体和动物体都是由细胞构成的. 施旺发表了《关于动植物的结构和一致性的显微研究》: “现在, 我们已经推倒了分隔动植物界的巨大屏障.”
后人将施莱登和施旺的研究成果总结成以下三点:
细胞学说的修正. 施莱登和施旺所总结的“新细胞从老细胞中产生”具体描述是新细胞是从老细胞核中“长出来”或者在细胞质中“结晶”形成的; 施莱登的朋友耐格里后来通过观察发现细胞是通过分裂产生新细胞的, 因而否定了初代细胞学说关于分裂的观点. 但后来耐格里的研究成果被魏尔肖占有(好在高中生物教材并没有忽略耐格里的历史地位).
根据有无以核膜为界的细胞核, 细胞可以分为原核细胞和真核细胞两类, 二者具有一定的相似性, 表现在均有细胞膜、细胞质、核糖体, 均以DNA作为遗传物质, 二者的主要差异对比如下.
| 原核细胞 | 真核细胞 | |
|---|---|---|
| 遗传物质 | 环状DNA分子(拟核), 特别地, 支原体没有拟核, DNA散布于细胞内 | 染色体(线状DNA+蛋白质) |
| 细胞器 | 只有核糖体 | 有各种细胞器 |
| 细胞壁成分 | 肽聚糖 | 植物为纤维素, 真菌为几丁质 |
| 大小 | 较小 | 较大 |
表中所列的原核/真核细胞“细胞壁成分”是指有细胞壁的细胞, 两类细胞中均有部分细胞没有细胞壁, 具体包括原盒热原体、支原体、粘菌的生长期、动物细胞.