自从人类进入文明社会以来,无数先贤一直在思考世界万物的起源和构成,尤其是对各种生物的研究从未停止过。1663年,英国科学家罗伯特胡克(是的,物理学上发现虎克定律的大神)用自制的复合显微镜观察了软木片的结构,发现它们看起来像小的长方形房间(事实上,他们看到了细胞壁),于是把它命名为cell,至今仍在使用。之后,虽然很多学者描述了很多动植物的微观结构,但并没有引入规律性的概念。
罗伯特胡克制造的符合显微镜
施莱登是19世纪德国著名的植物学家,细胞理论的创始人之一。出生于德国汉堡的一个医生家庭。他在海德堡学习法律,在汉堡做律师。但是律师的工作让他烦躁不安,所以他决定放弃困扰他的律师职业。1833年进入哥廷根大学学医,然后对植物学产生兴趣,再进入柏林大学学习植物学,开始学习自然科学。当时,施莱登的叔叔、著名植物生理学家赫克尔(heckel)和发现“布朗运动”(brown movement)的罗伯特布朗(robert brown)正巧留在柏林。两人都非常关心施莱登,希望他能在植物胚胎学方面进行深入的研究,这对施莱登一生的科学活动产生了决定性的影响。
施莱登(matthias jakob schleiden 1804 . 04 . 05-1881 . 06 . 23)
由于不满当代植物学家对分类学的过分强调,他更热衷于用显微镜研究植物的结构。根据他多年在显微镜下对植物组织结构的观察,施莱登认为,细胞是任何植物结构的基本组成部分;低等植物由一个细胞组成,高等植物由许多细胞组成。在复杂的植物中,细胞的生命现象是双重的:一是独立性,即细胞具有独立维持自身生长发育的重要特征;二是附属性,即细胞属于植物的一个组成部分,这是一个次要特征。细胞生命现象的这种双重属性,是自然界“塑造力”的表现。植物个体发育研究是植物学的一个新领域,它将获得越来越深入的植物生理学知识,因此它比传统的植物分类学研究更重要。在这一思想的指导下,施莱登非常重视研究细胞在个体发育中的作用。他仔细研究了布朗的观察报告,通过植物解剖观察,他的发现与布朗完全一致。因此,他接受了布朗认为细胞核是细胞组成部分的观点。通过观察早期的花粉细胞、胚株和柱头组织,他发现这些胚细胞都有细胞核。施莱登进一步研究了细胞核在细胞发育中的作用,认识到细胞核在细胞形成和发育中起着重要作用。施莱登的注意力逐渐集中在细胞核的功能和作用上,这使他走上了正确的研究轨道。不久,他提出细胞核是植物细胞中普遍存在的基本结构。在此基础上,他总结了理论。1838年,他发表了代表作《植物发生论》,其中施莱登提出了关于细胞的生命特征、生理过程和生理状态的理论,标志着第一个系统的细胞理论的建立。这个理论是在实验的基础上提出的。正因为如此,施莱登的细胞理论立即被当时许多德国生物学家所接受,一些生理学家和胚胎学家也把施莱登的细胞理论作为生理学和胚胎学的理论基础。
王石(施万,西奥多1810-1882)
同样在柏林,王石和施莱登在1837年的相遇将细胞理论扩展到了动物王国。王石是德国卢万大学的解剖学教授(医学术语“新陈代谢”的创始人)。与施莱登的外向性格相比,王石属于完全不同的类型。他对外部干扰的现实缺乏兴趣。他软弱,缺乏足够的自信。王石比施莱登小六岁,是一个金匠的儿子。从小,内向的性格使王石对请教产生了浓厚的兴趣。16岁时,他告别家乡,进入科隆的耶稣教会学院学习请教。在大学里,王石接触到了对人与自然之间奇怪现象的描述。他觉得自然和人类的发展反映了一个逐渐自我完善的过程。为了证明这一规律,王石离开了教会学院,去大学学医,最后获得了医学博士学位。在学细胞学之前,王石从事胚胎学和比较解剖学,师从德国著名生理学家弥勒。弥勒非常重视施莱登的细胞理论,他试图证明动物机体的基本单位也是细胞。王石后来回忆说:“有一天,当我和施莱登共进晚餐时,这位著名的植物学家向我指出,细胞核在植物细胞的发生中起着重要的作用。我立刻想起我在脊索细胞里见过同样的‘器官’。这时,我意识到,如果我能成功证明脊索细胞中的细胞在植物细胞的发生中起着同样的作用,这个发现将是极其重要的。晚饭后,王石立即着手证明动物细胞中细胞核的存在。他首先选择的材料是动物的脊索细胞和软骨细胞,因为它们的结构类似于植物的细胞壁。他随心所欲地观察原子核。从那以后,他研究了许多其他种类的动物细胞。在当时的条件下,观察动物细胞比观察植物细胞困难得多,因为有些动物细胞非常小,通常非常透明,不适合观察。然而,王石证明了许多动物组织中都有细胞核。王石试图研究细胞学,并将其与生物的胚胎发育史和个体发育史结合起来。1839年,他从细胞形成机制和生命发展过程两个方面进一步完善了施莱登建立的细胞理论。
细胞理论
法国医学家毕夏将人体组织分为硬骨、软骨、肌肉等二十一种类型,试图找出各种组织之间的生理病理关系。王石以毕夏的组织学为参照,将人类细胞分为五种不同的类型:血细胞、皮肤细胞、骨细胞、纤维细胞、神经和肌肉细胞,并试图找出各种细胞之间的生理关系。王石的这些努力在瑞士生物学家克里克建立细胞生理学和德国医学科学家波伊纳尔建立细胞病理学方面发挥了直接的先锋作用。
在建立细胞理论时,虽然施莱登和王石已经有了当时发现的细胞内部结构的实验基础,但他们并没有得到足够的细胞自身形成的实验证据。施莱登认为,新细胞是由旧细胞的细胞核产生的;王石认为新细胞是由旧细胞核外的有机物质结晶过程产生的。在他们提出这个理论后不久,这个问题被德国著名显微解剖学家冯摩尔发现的细胞有丝分裂的新实验事实所纠正。
德国植物学家冯摩尔长期在显微镜下观察细胞的形成和发展,发现新细胞的形成是随着旧细胞的分裂而完成的。此后,瑞士的gennery、德国的ledig、remarque等人相继发现了细胞分裂过程,证实了moore的重要发现,从而否定了关于细胞自由形成的观点。自20世纪70年代以来,随着显微技术、切片设备技术和细胞染色技术的发展,人们对细胞内和细胞核结构有了更好的了解。1875年,德国植物学家斯特拉斯堡发表了《细胞组成和细胞分裂》,明确阐述了植物细胞分裂的复杂过程。1879年,德国的弗莱明通过染色发现了细胞核中的染色质和细胞的有丝分裂。第二年,他发现了染色体的纵向分裂。就这样,细胞理论经过很多人的努力,从30年代到80年代逐渐完善。