用實驗的方法研究胚胎學

1. 實驗胚胎學的成就

利用上述研究方法，實驗胚胎學首先在海膽類和兩棲類取得令人振奮的成就。從19世紀末到20世紀40～50年代中探討過的問題，包括受精、受精卵的胚區定位、細胞質與細胞核在發育中的作用、卵裂過程中裂球間的相互關系、形態建成運動與胚層形成、胚層間的相互關系、組織中心或組織者的分析、器官發生的分析以至關於器官再生的研究。器官發生的范圍尤為廣泛，因為它幾乎包括所有的器官，不僅包括在較早的發育時期分化的，也包括在較晚時期才開始形成的。
從研究的對象講，那就不僅限於海膽和兩棲類這些常用的生物學研究的材料。環節動物、軟體動物、昆蟲、原索動物、魚類、鳥類都有代表。但關於哺乳動物的研究幾乎是空白。直至20世紀60年代以來，隨著哺乳類離體受精，卵和胚胎的移植等技術的進步，過去在兩棲類等較低等動物胚胎上行之有效的實驗分析方法，如裂球的分離、融合等也成功地應用到哺乳類早期發育的分析，並證明在發育原理上是同兩棲類一致的。
盡管實驗胚胎學的技術已經達到相當高的精確性，而且在研究中相當重要，但是這一學科的成就，不全靠技術，還應該歸功於學者們客觀地研究胚胎的巧妙的實驗設計。他們能夠利用手頭所能有的或者所能設想出來的方法，正確地對胚胎提出問題，並且讓胚胎以自己的語言或者說以研究者所能理解的方式來回答所提出的問題。因為胚胎對問題的回答，能夠使人理解到什麼程度，取決於所問的問題是否簡單明了。因此這些問題必須簡化成簡單的、使胚胎能夠回答的問題。魯在設計殺死兩個裂球之一，二者取一，觀察它的發育的時候做到了這點；哈里森在設計離體培養神經母細胞，觀察其體外發育，以及H·施佩曼在設計結扎的實驗，以判斷卵裂核的分裂是否均等時，也都做到了這點。這就要求人們對事物進行周密仔細的觀察和深思熟慮的思考。觀察與反思，K·E·von·貝爾的名著的副標題，仍是實驗胚胎學興旺發達的根本。在思想方法上從人們帶著框框主觀地去觀察問題發展到讓實驗客觀地回答問題，是實驗胚胎學之所以能興起和發展的主要原因。

2. 生物學的主要研究方法都有哪些

生物學的主要研究方法有：觀察描述的方法、比較的方法、實驗的方法、系統的方法。

1、觀察描述法

生物學的研究則是考察那些將不同生物區別開來的、往往是不可測量的性質。生物學用描述的方法來記錄這些性質，再用歸納法，將這些不同性質的生物歸並成不同的類群。18世紀，由於新大陸的開拓和許多探險家的活動，生物學記錄的物種幾倍、幾十倍地增長，於是生物分類學首先發展起來。生物分類學者搜集物種進行鑒別、整理，描述的方法獲得巨大發展。要明確地鑒別不同物種就必須用統一的、規范的術語為物種命名，這又需要對各種各樣形態的器官作細致的分類，並制定規范的術語為器官命名。

2、比較法

運用比較的方法研究生物，是力求從物種之間的類似性找到生物的結構模式、原型甚至某種共同的結構單元。19世紀30年代，消色差顯微鏡問世，使人們得以觀察到細胞的內部情況。1838～1839年施萊登和施萬的細胞學說提出：細胞是一切動植物結構的基本單位。比較形態學者和比較解剖學者多年來苦心探求生物的基本結構單元，終於有了結果。細胞的發現和細胞學說的建立是觀察和描述深入到顯微領域所獲得的成果，也是比較方法研究的一個重要成果。

3、實驗法

實驗方法則是人為地干預、控制所研究的對象，並通過這種干預和控制所造成的效應來研究對象的某種屬性。實驗的方法是自然科學研究中最重要的方法之一。19世紀80年代，實驗方法進一步被應用到了胚胎學，細胞學和遺傳學等學科。到了20世紀30年代，除了古生物學等少數學科，大多數的生物學領域都因為應用了實驗方法而取得新進展。

4、系統法

系統科學源自對還原論、機械論反省提出的有機體、綜合哲學，從C.貝爾納與W.B.坎農揭示生物的穩態現象、維納與艾什比的控制論到貝塔郎菲的一般系統論，系統生態學、系統生理學等先後建立與發展，20世紀70-80年代系統論與生物學、系統生物學等概念發表。從香農資訊理論到I.普里戈津的耗散結構理論，將生命看作自組織化系統。

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生物學是研究生物(包括植物、動物和微生物)的結構、功能、發生和發展規律的科學，是自然科學的一個部分。目的在於闡明和控制生命活動，改造自然，為農業、工業和醫學等實踐服務。幾千年來，中國在農、林、牧、副、漁和醫葯等實踐中，積累了有關植物、動物、微生物和人體的豐富知識。1859年，英國博物學家達爾文《物種起源》的發表，確立了唯物主義生物進化觀點，推動了生物學的迅速發展。

生物分類學是研究生物分類的方法和原理的生物學分支。分類就是遵循分類學原理和方法，對生物的各種類群進行命名和等級劃分。瑞典生物學家林奈將生物命名後，而後的生物學家才用域（Domain）、界（Kingdom）、門（ Phylum）、綱（Class）、目（Order）、科（Family）、屬（Genus）、種（Species）加以分類。最上層的界，由懷塔克所提出的五界，比較多人接受；分別為原核生物界、原生生物界、菌物界、植物界以及動物界。 從最上層的「界」開始到「種」，愈往下層則被歸屬的生物之間特徵愈相近。共有七大類，分別是：界門綱目科屬種。

3. 生物學的主要研究方法都有哪些

生物學家對於生命現象的研究通常採用觀察和實驗的方法，通常這兩種方法是一起使用的。

1、 觀察是按生物的物理性狀來描述生物的狀況。通常是先對其外形及行為進行觀察和描述，再把生物體解剖藉助光學儀器對其內部結構進行觀察。觀察是多種多樣的，有個體的觀察也有群體的觀察；有靜態的觀察也有動態的觀察；有相同種類的觀察也有不同種類的對比觀察。

2、 實驗是人為地改變一些條件來觀測生物的變化和反應，以探究生命內在的因果關系，是認識生命活動的方法。

實驗方法是人為地干預、控制所研究的對象，並通過這種干預和控制所造成的效應來研究對象的某種屬性。17世紀前後生物學中出現了最早的一批生物學實驗，如英國生理學家威廉·哈維關於血液循環的實驗，揚·巴普蒂斯塔·范·海爾蒙特關於柳樹生長的實驗等。

到了19世紀，物理學、化學比較成熟了，生物學實驗就有了堅實的基礎，因而首先是生理學，然後是細菌學和生物化學相繼成為明確的實驗性的學科。19世紀80年代，實驗方法進一步被應用到了胚胎學，細胞學和遺傳學等學科。

系統的方法：

系統科學源自對還原論、機械論反省提出的有機體、綜合哲學，從克洛德·貝爾納與沃爾特·布拉福德·坎農揭示生物的穩態現象、諾伯特·維納與威廉·羅斯·艾什比的控制論到卡爾·路德維希·馮·貝塔郎非的一般系統論。

最早建立的是系統心理學，系統生態學、系統生理學等先後建立與發展，20世紀70-80年代系統論與生物學、系統生物學等概念發表。

從克勞德·香農的資訊理論到伊利亞·普里高津的耗散結構理論，將生命看作自組織化系統。細胞生物學、生化與分子生物學發展，曼弗雷德·艾根提出細胞、分子水平探討的超循環(化學)理論。

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研究領域

生物學家從很多面向研究生物，因此產生很多研究領域。例如：

1、 面向原子和分子：分子生物學、生物化學、結構生物學。

2、 面向細胞：細胞生物學、微生物學、病毒學。

3、 面向多細胞：生理學、發育生物學、組織學。

4、 面向宏觀：生態學、演化生物學。

生物學本身不斷的快速發展，與其他學科的關聯整合也越來越多。一大原因是分子生物學在近代突飛猛進，終於導致人類基因序列定序基本完成。

由此，為了解讀巨大數量的基因信息，促成了基因組學。為了探究基因和蛋白質的交互作用，開創出蛋白質組學。這些新的研究領域幫助解決疾病、糧食、環境生態等問題。其眾多的研究信息和積累海量研究數據則需要新的電腦演算法來處理。

4. 人體胚胎發育形成組織器官的順序是什麼

人體胚胎學是研究人體發生發育的一門學科。包括從受精開始，經在子宮內的胚胎期及胎兒期的生前發育和初生兒、嬰兒、兒童、青春期、成年期直到衰老死亡的全部生後發育兩個階段。不僅研究分析胚體各種細胞、組織及器官如何按一定時間順序、空間關系所進行的正常發育進程，而且還要了解導致正常發育的紊亂和出現畸形的成因。根據研究方法和水平，依次發展形成描述胚胎學、比較胚胎學、實驗胚胎學、化學胚胎學和分子胚胎學。在早期描述胚胎學和比較胚胎學的基礎上，用實驗方法研究胚胎發生的機制，形成實驗胚胎學。化學胚胎學是用化學分析的方法研究胚胎發育過程中細胞或組織內部化學物質的變化與胚胎發育的關系。分子胚胎學是用分子生物學方法研究一切發育機理，即基因在發育各期如何表達，各發育階段的基因調控等。實驗胚胎學、化學胚胎學和分子胚胎學進一步綜合和發展形成發育生物學。胚胎學與許多其他學科有著廣泛的聯系，和細胞學、遺傳學和分子生物學的關系最為密切。

5. 實驗胚胎學的學科起源

實驗胚胎學是以提倡發育機制的研究為開端的。胚胎學從描述發育中的胚胎的形態，發展到探討發育的原因，進而產生出實驗胚胎學。這之間有一段相當長的孕育過程。敘述性的胚胎學雖然積累了大量的描述胚胎發育的資料，但是對於在胚胎學研究的早期就提出的問題：為什麼會由一個相當簡單的卵子，發育出一個完美無缺的個體，並沒有給出正確的解答。由於受當時思潮的影響只能用先成論或漸成論解釋個體發育的原因。這兩種學說，或是從唯心論出發，或是從機械唯物論出發，都是使胚胎發育去湊合哲學觀點。它們以這種或那種形式此起彼落交替地統治著人們的思想，阻礙了胚胎學的發展。這種情況一直延續到19世紀末期。在這之前，雖然有過K·E·von·貝爾這樣的、第一個從胚胎學的事實和現象出發，而不是從概念出發的胚胎學家，但當時未能沿著他的方向發展下去。 自19世紀末，由於盧科斯（W.Roux）以及杜里舒（H.Driesch）、羅布（J.Loeb）、海特維希（O.Hertwig）等的影響，使得以實驗胚胎學為基礎的研究工作蓬勃地發展起來。實驗胚胎學在19世紀末期的產生，可以說是由於重新著手研究漸成論和先成論的問題。在這方面A·魏斯曼起了間接作用。A·魏斯曼從遺傳的角度考慮，提出種質學說，認為在個體發育中，細胞核的分裂是不均等的，細胞核物質的分布是不等質的。這是在新形式下復活的典型的先成論。盧科斯受到A·魏斯曼的影響，並且認為這是可以用實驗證明的。1887年他在蛙卵的二細胞時期殺死一個分裂球，發現剩下的一個分裂球發育成半個胚胎——胚胎一側。他認為這證明了胚胎細胞核的不均等分裂，剩下來的分裂球的發育是自主分化，盡管這個實驗是有缺點的，但卻開創了實驗胚胎學之先河。
盧科斯的貢獻在於他使胚胎成為可以用精確的實驗方法研究的對象，找到一個簡單的、近代的研究途徑，而且他還提出因果分析的宗旨，為實驗胚胎學制定了整套的研究規劃。 後來人們覺得這名詞容易產生過分機械的錯覺，而且也無法精確地翻譯成其他國家的文字，因而往往用實驗動物學、發育生理學、實驗胚胎學來代替，這些名詞幾乎都成了同義語。但是實驗動物學顯然不合適，因為這是一個與敘述性動物學相對應的名詞，含義過於廣泛，說不出這個學科的特點。發育生理學和盧科斯的原意比較接近，因為發育生理學把卵子看做一個體系，並在一系列刺激的作用之下轉變為成體，因此可以說發育生理學是研究卵子或胚胎對刺激的反應。在這里可以把刺激看作是前因，所引起的反應看作是後果，當然胚胎不象成體那樣以運動或分泌對刺激起反應，而是以細胞分裂、細胞組合和分化對刺激起反應。實驗胚胎學雖然把對象局限於胚胎，就其范疇來說比盧科斯最初規劃的小得多，但是自從遺傳學獲得單獨的發展之後，所謂的發育機制學，其內容上實際上就是實驗胚胎學的內容，當然也包括胚前的和胚後的發育。
隨著相關學科的進展，實驗胚胎學的研究逐漸深入到從分子或細胞的水平探討發育的問題，追究發育中的胚胎的各部分為什麼相互影響，從而發展成發育生物學。 就是把所要研究的部分拿到體外培養。在某種意義上講，分離實驗是缺損實驗的補充。因為缺損是研究拿掉後被保留下來的部分，而分離則是研究那拿掉的部分在體外的行為，研究它的分化取決於周圍條件影響的程度。如果一部分細胞從它正常的體內環境分離出來，它能繼續分化到什麼程度？是否會分化出在正常胚胎中註定要形成的構造？如果不，它會向什麼方向分化？什麼因素決定這個方向？1910年美國人R·G·哈里森第一個使用這個方法，把神經母細胞離體培養在凝固的淋巴液中，這種培養基並不妨礙神經軸突的產生。同時，分離培養可以排除那些曾誤認為能產生神經軸突的細胞。他證明了軸突的來源並且觀察了在體外生長的情況。如今廣泛應用的組織培養技術就是在這個實驗的基礎上發展出來的。應用此技術應注意把分離物培養在中性的、或不發生異常影響的培養基里，其結果才能和正常體內的情況相比較。
20世紀初，H·A·E·德里施曾使用此法把兩細胞時期的海膽卵子分開，分開的裂球可以各自發育為完整而較正常略小的幼蟲。在這種意義上，1903年H·施佩曼的結扎實驗也是分離實驗。他用頭發結扎蠑螈卵子，使兩個裂球分開，它們可以各自發育為正常而較小的胚胎。這兩人的實驗都指出早期胚胎的可塑性。證明了卵裂時期的細胞核在質上是均等的，對於早期的實驗胚胎學起了有力的推動作用。 用無毒的染料，使胚胎局部地染上顏色，觀察著色部位的發育命運；或者在含有不同色素顆粒的物種之間以及在細胞核大小不同的物種之間，或者甚至在同位素標記的和未標記的胚胎之間，進行同位或異位移植，觀察移植部分的發育情況，都屬於這范疇。尤其是局部活體染色法，因為基本上對於胚胎沒有干擾，所得到的資料，對於解釋某些用其他方法得到的實驗結果是必不可少的。
1925年德國人W·福格特首先使用這一方法，並且使之完善。他仔細地分析了胚胎各部的運動，各個胚層如何在運動中形成，使人對胚胎發育有了動態的概念——胚層的形成主要原因不是由於細胞的分裂或局部生長，而是由於運動。他還根據染色的結果繪制出各種器官在發育早期在胚胎表面的分布情況——各部分的發育命運圖。
但是活體染色也有很大的局限性，如果胚胎細胞缺乏對染料有特殊親和力的內含物，例如硬骨魚類和雞的早期胚胎，染料很容易擴散出去，使結果缺乏准確性。在這種情況下，就需要採用其他方法，例如細胞核大小不同的物種之間的同位移植等。
因為胚胎是活的，有些又有很大的可塑性，所以單獨使用一種方法得到的結果，可能有一定的局限性，把不同方法得到的結果相互印證、相互補充才能得到比較准確的結論。例如從胚胎上割取一部分細胞，離體培養研究這些細胞的發育是分離法，但是對供主胚胎來說是缺損法。離體培養中的部分所形成的結構不一定和在原位完全一樣，可能多些也可能少些。在施主胚胎上，往往由於胚胎的可塑性，很難判斷缺失的部分是否就是被拿掉的部分。如果有了局部活體染色作基礎，知道被拿掉的部分在原地將來應當形成什麼，就比較容易論斷了。

6. 組織胚胎學的研究方法

1 一般光學顯微鏡術
2 電子顯微鏡技術
3 組織化學和細胞化學術
4 免疫細胞化學術
5 同位素示蹤術
6 原位雜交術
7 形態計量術
8 流式細胞術
9 組織培養和組織工程

7. 細胞生物學發展史上四個主要的事件

細胞生物學發展簡史
人類第一次發現細胞到現在已有三百多年的歷史.隨著科學技術和實驗手段的進步,人們對細胞的認識由淺入深、由表及裡,導致了當今細胞生物學的興起與發展.根據其發展過程,可分為四個時期,即細胞學說的創立、細胞學的經典時期、實驗細胞學的發展和細胞生物學的興起.
(一) 細胞學說的創立
1665 年,英國的物理學家胡克 (R. Hooke) 用自製的顯微鏡觀察了軟木 ( 櫟樹皮 ) 和其他植物組織,發表了《顯微圖譜》 (micrographia) 一書,描述了軟木是由許多小室組成,狀如蜂窩,稱之為「細胞」 (cell 原意為小室 ) .實際上,胡克在軟木組織中所看到的僅是植物死細胞的細胞壁.這是人類第一次看到細胞輪廓,人們對生物體形態的認識首次進入了細胞這個微觀世界. 1675 年 (A.V.Leeuwenhoekia) 用自製的高倍放大鏡先後觀察了池塘水中的原生動物、動物的精子,在蛙魚的血液中發現了紅細胞； 1683 年,他又在牙垢中看到了細菌. 1831 年,布朗 (R. Brown) 在蘭科植物的葉片表皮細胞中發現了細胞核. 1835 年,迪雅爾丹 (E.Dujardin) 在低等動物根足蟲和多孔蟲的細胞內首次發現了透明的膠狀物質的內含物,稱之為「肉樣質」 (sarcoide) . 1836 年,瓦朗丁 (Valentin) 在結締組織細胞核內發現了核仁.至此,細胞的基本結構都被發現了.
在 19 世紀以前,許多學者的工作,都著眼於細胞的顯微結構方面,主要從事於形態上的描述,而對各種有機體中出現細胞的意義,均未作出理論上的闡述和概括. 1838-1839 年,德國植物學家施萊登 (M.J.Schleiden) 和動物學家施旺 (T · Schwann) 根據自己研究和總結前人的工作,首次提也了細胞學說 (cell theory) .他們認為「一切生物從單細胞到高等動、植物都是由細胞組成的；細胞是生物形態結構和功能活動的基本單位」.由此論證了生物界的統一性和共同起源.恩格斯曾對細胞學說的建立給予了高度的評價,認為它是 19 世紀自然科學上的三大發現之一 ( 細胞學說、達爾文進化論、能量轉化與守恆定律 ) .他指出,首先是三大發現,使我們對自然過程的相互聯系的認識大踏步地前進了：第一次發現了細胞,發現細胞是這樣一個單位,整個植物體和動物體都是從它的繁殖和分化中發育起來的.由於這一發現,我們不僅知道一切高等有機體都是按照一個共同規律發育和生長的,而且通過細胞的變異能力指出有有機體能改變自己物種並從而能實現一個比個體發育更高的發育道路.由此可見,只有在細胞學說建立之後,才能明確提出細胞是生物有機體的結構和生命活動的單位,又是生物個體發育和系統發育的基礎.顯然,細胞學說的創立是細胞學發展史上的一個重要里程碑,此後細胞學很快發展成為一門新的獨立學科,並成為細胞生物學發展的起點.
細胞學說一經創立,很快深入到各個領域中去.在 1885 年,德國病理學家魏爾嘯 (R.Virchow) 把細胞理論應用於病理學,證明病理過程在細胞和組織中進行,提出了「疾病為外力引起細胞間內戰」的著名論斷,發展了細胞病理學,支持與豐富了細胞學說.
(二) 細胞學的經典時期
從 19 世紀中葉到 20 世紀初葉,這一時期細胞學得到蓬勃發展,研究方法主要是顯微鏡一的形態描述,稱為細胞學的經典時期.
這一時期,首先是實驗技術的革新.研究的主要特點是應用固定和染色技術,在光學顯微鏡下觀察細胞的形態結構和細胞的分裂活動. Corti(1851 年 ) 和 Hartig(1854 年 ) 等使用洋紅、 B ō hm(1865 年 ) 使用蘇木精,對細胞進行染色； Oschatz 設計出第一台切片機,而 Ernest Abbe ' (1887 年 ) 設計出一台復式顯微鏡並具有消色差物鏡、載物台下聚光器和照明,這些技術和儀器觀察細胞形態和微觀結構都起到了重要的推動作用.
1841 年,雷馬克 (Remak) 在觀察雞胚的血球細胞時,發現了細胞的直接分裂.其後,費勒明 (Flemming) 在動物細胞中以及施特拉斯布格 (Strasburger) 在植物細胞中發現了間接分裂. 1882 年,費勒明又把直接分裂稱為無絲分裂 (amitosis) ,間接分裂稱為有絲分裂 (mitosis) . 1883 年范·貝內登 (Van Beneden) 、 1886 年,施特拉斯布格又分別在動、植物細胞中發現了減數分裂 (meiosis) .此外,赫特維希 (O · Hertwig) 發現卵的受精和精卵兩親本核的融合. 1888 年,沃爾德耶 (Waldeyer) 把分裂細胞核內的染色小體命名為染色體 (chromosome) .
19 世紀末葉,人們對細胞質的形態觀察也較注意,相繼觀察到幾種重要的細胞器. 1883 年范·貝內登和博費里 (Boveri) 發現了中心體, 1897 年,斑達 (Banda) 發現了線粒體, 1898 年,高爾基 (Golgi) 發現了高爾基體.由於諸多發現,使大家對細胞結構的復雜性有了較為深入的理解.
(三) 實驗細胞學的發展
從 20 世紀初葉到中葉,為實驗細胞學的發展時期.此期間,細胞學的研究從形態結構的觀察深入到生理功能、生物化學、遺傳發育機制的研究.利用 20 世紀的新技術、新方法,在相鄰學科的滲透下採用了實驗手段,使細胞學與有關學科相互滲透,從而逐漸形成一些分支學科.特別是這一階段後期,由於體外培養技術的應用,使實驗細胞學得到迅速發展.
1887 年,赫特維希克弟 (O.Hertwig 和 R.H) 用實驗方法研究海膽卵的受精作用和蛔蟲卵發育中核質關系,將細胞學與實驗胚胎學緊密結合起來,發展了實驗細胞學.此後,人們廣泛應用實驗手段與分析的方法來研究細胞學中的一些基本問題,為細胞學的研究開拓了一條新途徑.從 1900 年孟德爾 (Mendel) 遺傳法則被重新發現, 1902 年博韋里 (T.Boveri) 和薩頓 (W.S.Sutton) 提出「染色體遺傳理論」,到 1926 年摩爾根 (Morgan) 的《基因論》一書的出版,使細胞學與遺傳學相結合,形成了細胞遺傳學. 1943 年, Cloude 應用高速離心機從活細胞中把細胞核和各種細胞器 ( 如線粒體、葉綠體、微粒體等 ) 分離出來,分別研究它們的生理活性,這對了解各種細胞器的生理功能和酶的分布,起了很大作用.在細胞化學方面, 1924 年,孚爾根 (Feulgen) 首創核染色反應,即 Feulgen 染色法,測定了細胞核內的 DNA .其後, 1940 年,布勒歇 (Brachet) 應用昂納 (Unna) 染液染色,測定了細胞中的 RNA .與此同時,卡斯柏爾森 (Casperson) 用紫外光顯微分光光度法測定細胞中 DNA 的含量.還有實驗說明,蛋白質的合成可能與 RNA 有關.
從 20 世紀 40 年代開始,電子顯微鏡的應用,使細胞形態學的研究深入到亞顯微水平. 1933 年, Ruska 設計製造了第一台電子顯微鏡,其性能遠遠超過了光學顯微鏡.電子顯微鏡的解析度由最初的 500nm 改進到現在的幾個 ? 魡,放大倍數可達到幾十萬倍以上. 1949 年, Soverdlow 發明了異丁烯酸定理, 1952 年, Palade 使用鋨酸固定法, 1953 年,設計了超薄切片用的切片用的切片機.由此,許多學者用電鏡技術觀察了細胞內各種細胞器的亞微結構,如內質網、高爾基體、線粒體、溶酶體等.因而,對細胞質的結構和功能的認 ? 覽識又深入了一步,使細胞學的研究得到全面的發展.
(四) 細胞生物學的興起
從 20 世紀 50 年代開始,逐步開展了在分子水平上研究細胞的結構和功能,這方面的研究成果以及分子生物學取得的巨大成就,大大促進了細胞生物學的興起和發展.
20 世紀 40 年代,隨著生物化學、微生物學與遺傳學的相互滲透和結合,分子生物學開始萌芽. 1941 年,比德爾 (Beadle) 和塔特姆 (Tatum) 提出了「一個基因一個酶」的理論. 1944 年,艾弗里 (Avery) 等在生物的轉化實驗中證明了 DNA 是遺傳物質, 1948 年,博伊文 (Boivin) 等從測定生殖細胞和各種體細胞中 DNA 的含量,提出了 DNA 含量恆定理論. 1953 年沃森 (Watson) 和克里克 (Crick) 用 X 射線衍射法得出了 DNA 雙螺旋分子結構模型,這一劃時代的成就,奠定了分子生物學的基礎. 1956 年科恩伯格 (Kornberg) 從大腸桿菌提取液中獲得了 DNA 聚合酶,並以該菌的 DNA 單鏈片段為引物,在離體條件下第一次成功地合成了 DNA 片段的互補鏈. 1958 年,梅塞爾森 (Meselson) 等利用放射性同位素與梯度離心法,分析了 DNA 的復制過程,證明了 DNA 復制是「半保留復制」.同年,克里克又創立了遺傳信息傳遞的「中心法則」. 1961 年,尼倫堡 (Nirenberg) 和馬泰 (Matthaei) 等通過對核糖核酸的研究,確定了每一種氨基酸的「密碼」.同年,雅各布 (Jacob) 和莫諾 (Monod) 又提出了操縱子學說.由於這些分子生物學的新成就、新概念、新技術滲入到細胞學各個領域,於是從分子水平、亞細胞水平和細胞整體水平來研究細胞各種生命活動,如生長、發育、遺傳、變異、代謝、免疫、起源與進化,就形成了生物學的一門新的分支學科——細胞生物學,即細胞學發展到細胞生物學階段.自 1965 年 E.D.P.Derobetis 將原著《普通細胞學》更名為《細胞生物學》,到 1976 年,在美國波士頓召開的第一次國際細胞生物學會議為界標,至今細胞生物學在分子水平上的研究工作又取得了迅速的發展,細胞生物學則進步發展為細胞分子生物學 (cell and molecular biology) .