第120篇 细胞理论诞生前2个世纪的准备工作

杨鸿智

第120篇  细胞理论诞生前2个世纪的准备工作

作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智


由于显微镜的使用，人们发现了细胞的存在，也发现了一个新的世界。但是，在这以后的100多年中，人们对于细胞的观察大多停留在外貌上。还不能看清细胞的内容物，也没有认识到细胞是动物和植物的结构单元。总之，人类对细胞的认识并没有什么突破性的进展。显微镜固然可以使人们大开眼界，一下子看到了一个新的天地，看到了许多新的东西，但是，要理解、消化这些发现，提出某种理论来说明这些发现，却需要比较长的酝酿时间。到19世纪，由于显微技术的改进，人们才从过去简陋、粗糙、片面的死细胞的研究，进入到多样、精细、全面的活细胞的研究上来。
在早期的细胞发现者中间，唯有英国植物学家格鲁（N·Grew，1641—1712）观察到细胞内含物并将它记载下来。他在植物组织中不仅观察到小室的构造，而且发现小室内充满粘性液体。据此，他将它命名为“液泡”。循着格鲁的发现，似乎可以进入对细胞内部结构的研究了。然而，不仅格鲁本人没有认识到细胞内含物的重要性，没有对之进行更深入的研究，就是在他以后100年内，也没有人在这方面做出更多贡献。从细胞发现到19世纪初细胞学说的创立，中间等待了近200年。这样停滞不前的原因是什么？17世纪上半叶，细胞发现者们用的复合式显微镜或者单镜头显微镜有一个很大的弊病，它反映出来的物象周围有一层光环。使图象的清晰度受到很大干扰。也就是说，当时的观察受到透镜色差的障碍。18世纪中叶，英国仪器制造匠多隆德（1706—1761）制造出消色差物镜。到19世纪初意大利的阿米奇（1784—1860）和其他人改进了消色差显微镜。1830年第一台改良的消色差显微镜在市场上出售。这就为研究生物的基本结构提供了更有力的武器。1833年，发现布朗运动的英国植物学家罗伯特·布朗（1773—1858）研究他由澳洲搜集来的植物时，发现表皮层细胞内含物中有一种构造，于是，他将之命名为“细胞核”。后来，他又进一步在各种植物的花粉、胚珠、及柱头等处发现了同样的细胞核。这一发现，成为后来第一个提出细胞学说的德国植物学家施莱登（1804—1881）进行工作的出发点。但是，我们不要忽视当时的科学气氛和学术思潮对细胞学说创立者的影响从生物学的历史来看，17、18世纪的学者主要研究动物和植物的形态和分类。而到18世纪的下半叶和19世纪初，胚胎学的研究和显微镜的应用兴盛起来，成为当时学者最感兴趣的课题。科学家兴趣中心的转移，反映了科学发展的内在要求。因为形态学和分类学研究的进一步发展，必然会产生各物种之间的关系问题，和物种起源的问题。为了回答这些问题，对生物发育问题的研究，随之对微观构造的剖析研究也就必然会兴起。成为一段时期的热门话题。这是科学发展的内在逻辑。值得注意的是，当时科学发展的这种要求和趋势在德国的哲学思潮中反映出来。18世纪末，在德国兴起了一个以谢林（1775—1854）和奥肯（1779—1851）为首的“自然哲学派“。他们继承康德关于宇宙是历史发展产物的思想，试图以发展的观点说明自然界。奥肯尤其对生命的发生和发展感兴趣。他提出，生命是地球演变的结果。细胞（粘液囊泡）是生命的原始状态。”在地球的演变结束时，也就是在地球成功地集合并甄别了所有的元素，并使它们在一道并在同一时间出现在每一个点上的时候，草履虫般的粘液就出现了”。他认为，所有生物都源自这种粘液囊泡，他是生命的原始结构，也是组成有机体的构造单位。一切生物都由粘液囊泡组成。他提出粘液囊泡有两种生命，作为有机体组成部分的生命和自己的生命。当有机体死亡时，粘液囊泡自己的生命并不随之而亡。它继续活着，以作为形成另一种有机体的材料。施莱登首先建立的细胞学说，在很大程度上打上了那个时代、那个社会的烙印。
自从17世纪初期显微镜问世以来，被用得最多的，一直都是简单显微镜。仅在一个没有任何饰物的底座上，有一块粗糙的球面透镜。复合显微镜，（将几块不同形状的透镜组成一条线），所成的像由于受到球面象差、色差及其他问题的干扰而不理想。复合显微镜的优点在于它能够引入更大的光强，并能够最大限度地收集到从透镜反射来的光线，因此能够最大限度地辨别微小的被观察物。然而，因为没有光学校正，这些优点都被最后产生的模糊结果——该结果还要受到有色光环的进一步干扰——掩盖了。直到1830年，光学的理论和实践才能够解决这个问题。通过将不同折射率的透镜组合起来，色象差可以被消除。而球面象差也可以得到一定程度的控制。早先的细胞理论学家都用简单显微镜，到1840年，改进了的复合显微镜产生了，于是立刻就变成所有显微镜使用者必不可少的工具。通过它，证实了假设中所有动物、植物的细胞基础，肯定了细胞病理学，并纠正了细胞繁殖方面的一些错误观点。19世纪期间，显微镜继续得到了改进。到1880年，主要由于恩斯特·阿贝的光学研究以及卡尔·蔡斯公司过硬的制造工艺，显微镜这个工具逐渐达到了它的极限。极大的放大倍数（2000倍）和很高的分辨率（最小可看清0.002毫米的目标。假如没有足够的分辨率，那么放大的倍数再大，也没有意义的。）都可以通过油浸显微镜获得。象差和失真被降到最低程度。众多的显微镜技术（固定、切片以及染色）得到发明。而显微镜实践及其细致的教学也成为近代生物学的标志。这种新工具很快就给我们带来了很多好处。它的潜能力加上对材料的适当处理，使细菌学和亚细胞结构的研究在19世纪80年代获得了令人瞩目的进展。前者在医学界引起了一场革命，而后者为后来对遗传学进行解释奠定了坚实的基础。