細(xì)胞 (英文名:cell)并沒有統(tǒng)一的定義,比較普遍的提法是:細(xì)胞是生物體基本的結(jié)構(gòu)和功能單位。已知除病毒之外的所有生物均由細(xì)胞所組成,但病毒生命活動(dòng)也必須在細(xì)胞中才能體現(xiàn)。
一般來說,細(xì)菌等絕大部分微生物以及原生動(dòng)物由一個(gè)細(xì)胞組成,即單細(xì)胞生物,高等植物與高等動(dòng)物則是多細(xì)胞生物。細(xì)胞可分為原核細(xì)胞、真核細(xì)胞兩類,但也有人提出應(yīng)分為三類,即把原屬于原核細(xì)胞的古核細(xì)胞獨(dú)立出來作為與之并列的一類。研究細(xì)胞的學(xué)科稱為細(xì)胞生物學(xué)。
細(xì)胞體形極微,在顯微鏡下始能窺見,形狀多種多樣。主要由細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)構(gòu)成,表面有細(xì)胞膜。高等植物細(xì)胞膜外有細(xì)胞壁,細(xì)胞質(zhì)中常有質(zhì)體,體內(nèi)有葉綠體和液泡,還有線粒體。動(dòng)物細(xì)胞無細(xì)胞壁,細(xì)胞質(zhì)中常有中心體,而高等植物細(xì)胞中則無。細(xì)胞有運(yùn)動(dòng)、營養(yǎng)和繁殖等機(jī)能。
研究歷史
細(xì)胞(Cells)是由英國科學(xué)家羅伯特·胡克(Robert Hooke,1635~1703)于1665年發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)他用自制的光學(xué)顯微鏡觀察軟木塞的薄切片,放大后發(fā)現(xiàn)一格一格的小空間,就以英文的cell命名之,而這個(gè)英文單字的意義本身就有小房間一格一格的用法,所以并非另創(chuàng)的字匯。而這樣觀察到的細(xì)胞早已死亡,僅能看到殘存的植物細(xì)胞壁,雖然他并非真的看見一個(gè)生命的單位(因?yàn)闊o生命跡象),后世的科學(xué)家仍認(rèn)為其功不可沒,一般而言還是將他當(dāng)作發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的第一人。而事實(shí)上真正首先發(fā)現(xiàn)活細(xì)胞的,還是荷蘭生物學(xué)家雷文霍克(列文虎克)。
1809年,法國博物學(xué)家(博物學(xué)即二十世紀(jì)后期所稱的生物學(xué)、生命科學(xué)等的總稱)拉馬克(Jean-Baptiste de Lamarck,1744—1829)提出:“所有生物體都由細(xì)胞所組成,細(xì)胞里面都含有些會(huì)流動(dòng)的‘液體’?!眳s沒有具體的觀察證據(jù)支持這個(gè)說法。
1824年,法國植物學(xué)家杜托息(Henri Dutrochet,1776~1847)在論文中提出“細(xì)胞確實(shí)是生物體的基本構(gòu)造”又因?yàn)橹参锛?xì)胞比動(dòng)物細(xì)胞多了細(xì)胞壁,因此觀察技術(shù)還不成熟的時(shí)候比動(dòng)物細(xì)胞更容易觀察,也因此這個(gè)說法先被植物學(xué)者接受。
19世紀(jì)中期,德國動(dòng)物學(xué)家施旺(Theodor Schwann,1810~1882)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞里有細(xì)胞核,核的周圍有液狀物質(zhì),在外圈還有一層膜,卻沒有細(xì)胞壁,他認(rèn)為細(xì)胞的主要部分是細(xì)胞核而非外圈的細(xì)胞壁。
1830年后,隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,顯微鏡制作克服了鏡頭模糊與色差等的缺點(diǎn),分辨率提高到1微米,顯微鏡也開始逐漸普及。改進(jìn)后的顯微鏡,細(xì)胞及其內(nèi)含物被觀察得更為清晰。1839年,德國植物學(xué)家施萊登(Matthias Schleiden,1804~1881)從大量植物的觀察中得出結(jié)論:所有植物都是由細(xì)胞構(gòu)成的。與此同時(shí),德國動(dòng)物學(xué)家施旺做了大量動(dòng)物細(xì)胞的研究工作。當(dāng)時(shí)由于受胡克的影響,對(duì)細(xì)胞的觀察側(cè)重于細(xì)胞壁而不是細(xì)胞的內(nèi)含物,因而對(duì)無細(xì)胞壁的動(dòng)物細(xì)胞的認(rèn)識(shí)就比植物細(xì)胞晚得多。施旺進(jìn)行了大量研究,第一個(gè)描述了動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞相似的情況。
在德國施旺和施萊登之后的十年,科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)新的證據(jù),證明細(xì)胞都是從原來就存在的細(xì)胞分裂而來,而至21世紀(jì)初期的細(xì)胞學(xué)說大致上可以簡述為以下三點(diǎn):細(xì)胞為一切生物的構(gòu)造單位、細(xì)胞為一切生物的生理單位、細(xì)胞由原已生存的細(xì)胞分裂而來。
“細(xì)胞”一詞最早出現(xiàn)在日本蘭學(xué)家宇田川榕庵1834年的著作《植學(xué)啟原》。
中國自然科學(xué)家李善蘭1858年在其著作《植物學(xué)》中使用“細(xì)胞”作為Cell的中文譯名。有學(xué)者認(rèn)為李善蘭此時(shí)并未接觸過《植學(xué)啟原》,因而是獨(dú)自發(fā)明。
細(xì)胞壁
分類在細(xì)菌、真菌、植物的生物,其組成的細(xì)胞都具有細(xì)胞壁(Cell Wall),而原生生物則有一部分的生物體具有此構(gòu)造,但是動(dòng)物沒有。
細(xì)胞膜
細(xì)胞壁的內(nèi)側(cè)緊貼著一層極薄的膜,叫做細(xì)胞膜(Cell Membrane)。這層由蛋白質(zhì)分子和磷脂雙分子層組成的薄膜,水和氧氣等小分子物質(zhì)能夠自由通過,而某些離子和大分子物質(zhì)則不能自由通過。因此,它除了起著保護(hù)細(xì)胞內(nèi)部的作用以外,還具有控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的作用:既不讓有用物質(zhì)任意地滲出細(xì)胞,也不讓有害物質(zhì)輕易地進(jìn)入細(xì)胞。此外,它能進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流。
細(xì)胞質(zhì)
細(xì)胞膜包著的黏稠透明的物質(zhì),叫做細(xì)胞質(zhì)(Cytoplasm)。在細(xì)胞質(zhì)中還可看到一些帶折光性的顆粒,這些顆粒多數(shù)具有一定的結(jié)構(gòu)和功能,類似生物體的各種器官,因此叫做細(xì)胞器。例如,在綠色植物的葉肉細(xì)胞中,能看到許多綠色的顆粒,這就是一種細(xì)胞器,叫做葉綠體。綠色植物的光合作用就是在葉綠體中進(jìn)行的。在細(xì)胞質(zhì)中,往往還能看到一個(gè)或幾個(gè)液泡,其中充滿著液體,叫做細(xì)胞液。在成熟的植物細(xì)胞中,液泡合并為一個(gè)中央大液泡,其體積占去整個(gè)細(xì)胞的大半。細(xì)胞質(zhì)被擠壓為一層。細(xì)胞膜以及液泡膜和兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)稱為原生質(zhì)層。
細(xì)胞器
細(xì)胞中還有一些細(xì)胞器,它們具有不同的結(jié)構(gòu),執(zhí)行著不同的功能,共同完成細(xì)胞的生命活動(dòng)。這些細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)需用電子顯微鏡觀察。在電鏡下觀察到的細(xì)胞結(jié)構(gòu)稱為亞顯微結(jié)構(gòu)。
細(xì)胞核
細(xì)胞質(zhì)里含有一個(gè)近似球形的細(xì)胞核(Nucleus),是由更加黏稠的物質(zhì)構(gòu)成的。細(xì)胞核通常位于細(xì)胞的中央,成熟的植物細(xì)胞的細(xì)胞核,往往被中央液泡推擠到細(xì)胞的邊緣。細(xì)胞核中有一種物質(zhì),易被洋紅、蘇木精、甲基綠、龍膽紫溶液等堿性染料染成深色,叫做染色質(zhì)(Chromatin)。生物體用于傳種接代的物質(zhì)即遺傳物質(zhì),就在染色質(zhì)上。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂時(shí),染色質(zhì)在分裂間期螺旋纏繞成染色體。
多數(shù)細(xì)胞只有一個(gè)細(xì)胞核,有些細(xì)胞含有兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞核,如肌細(xì)胞、肝細(xì)胞等。細(xì)胞核可分為核膜、染色質(zhì)、核液和核仁四部分。核膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相通連,染色質(zhì)位于核膜與核仁之間。染色質(zhì)主要由蛋白質(zhì)和DNA組成。DNA是一種有機(jī)物大分子,又叫脫氧核糖核酸,是生物的遺傳物質(zhì)。在有絲分裂時(shí),染色體復(fù)制,DNA也隨之復(fù)制為兩份,平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中,使得后代細(xì)胞染色體數(shù)目恒定,從而保證了后代遺傳特性的穩(wěn)定。還有RNA,RNA是DNA在復(fù)制時(shí)形成的單鏈,它傳遞信息,控制合成蛋白質(zhì),其中有轉(zhuǎn)移核糖核酸(tRNA)、信使核糖核酸(mRNA)和核糖體核糖核酸(rRNA)。 細(xì)胞核的機(jī)能是保存遺傳物質(zhì),控制生化合成和細(xì)胞代謝,決定細(xì)胞或機(jī)體的性狀表現(xiàn),把遺傳物質(zhì)從細(xì)胞(或個(gè)體)一代一代傳下去。但細(xì)胞核不是孤立的起作用,而是和細(xì)胞質(zhì)相互作用、相互依存而表現(xiàn)出細(xì)胞統(tǒng)一的生命過程。細(xì)胞核控制細(xì)胞質(zhì);細(xì)胞質(zhì)對(duì)細(xì)胞的分化、發(fā)育和遺傳也有重要的作用。
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