早在17世紀,顯微鏡剛剛問世的時候,物理學家胡克就在顯微鏡下看到軟木薄片是由許多蜂窩狀的小結構組成的現象。他將這些小結構命名為“細胞”,這是細胞一詞的第一次出現。
18世紀,生物的顯微研究未取得新的成就,而且生物學家熱心關注著的是對分類學的研究,對生物微觀方麵的實驗有所忽視。18世紀末和19世紀初,許多科學家試圖在植物界和動物界中尋找結構方麵的基本單位。如:德國詩人、生物學家歌德認為植物的葉是一切植物的基本單位。德國自然哲學家奧肯認為:一切生物都是由一種稱為“粘液囊泡”的基本單位構成的。到19世紀顯微鏡的製造技術有了進步,使顯微鏡的分辨率提高,為考察動、植物的微觀結構創造了條件。至19世紀30年代,一些科學家在顯微鏡下觀察到細胞的細胞質、細胞核、細胞壁等結構以及細胞質的運動,而且動物體內也發現了細胞。這一時期的工作為細胞學說的建立創造了條件。
細胞的存在已是眾所周知的事實,但人們對它的內部結構和功能以及在生物體中所處的地位還不太清楚。細胞學說最終是由德國植物學家施萊登(M.J.Schleiden,1804~1881)和動物學家施旺(Theodor Schwann,1810~1882)完成的。
施萊登1804年生於漢堡的一個醫生家庭。他早年學的是法律,在漢堡做過一段時間的律師,但他不喜歡這份工作。1833年,他決定改行,在哥廷根大學和柏林大學學習植物學和醫生。
在這期間,他對植物學產生了濃厚的興趣。1837年,施萊登完成了一篇論文,該論文論述了顯花植物的胚芽發育史。他強調研究植物學必須摒棄當時的抽象推論方法,而代之以嚴密的觀察,並在觀察基礎上進行嚴格的歸納。當時的植物學仍然以研究分類學的工作為主,而施萊登卻開始研究植物的結構和植物的發育了。
1838年,施萊登開始研究細胞的形態及其作用。同年他發表了《植物發生論》一文。在論文中,他提出:無論怎樣複雜的植物體,都是由細胞組成的,細胞不僅自己是一種獨立的生命,而且作為植物體生命的一部分維持著整個植物體的生命。
在1838年10月的一次聚會上,施萊登把還未公開發表的《植物發生論》中對有關植物細胞結構的情況,以及細胞核在細胞發育中的重要作用等方麵的認識告訴了同在繆勒實驗室工作的施旺,引起了施旺的興趣。
施旺於1810年生於萊茵河畔的諾伊斯,父親是一個金匠。施旺中學畢業後去學醫,1834年獲得博士學位後,成為著名生理學家繆勒的助手。在繆勒的指導下,他對較多的學術領域產生了興趣。他曾研究過組織學、生理學、動物學、微生物學,並作出了不少貢獻。例如,他曾發現胃蛋白酶;他還發現了神經纖維周圍的纖維細鞘,後來該纖維細鞘被稱為“施旺神經鞘”。
與施萊登的會麵,使施旺猛然想起從前在觀察蝌蚪背部的神經索細胞和軟骨細胞時,發現它們都具有細胞膜、細胞質和細胞核。這時他便意識到,也許在植物體中起著基本作用的細胞,在動物體內也有著相同的作用。施旺對一些特化的組織,如上皮、蹄、羽毛、肌肉組織、神經組織等進行研究,得到的結論是:無論什麼組織,盡管它們在功能上是不同的,但它們都是由細胞發育而來或是細胞分化的產物。
1839年,施旺發表了題為“動、植物結構和生長的相似性的顯微研究”的論文,指出一切動、植物組織,無論彼此如何不同,均由細胞組成。他寫道:“我們已經推倒了分隔動、植物界的巨大屏障,發現了基本結構的統一性。”他認為,所有的細胞無論是植物細胞還是動物細胞,均由細胞膜、細胞質、細胞核組成。
在1838~1839年,施萊登和施旺分別發表了植物細胞和動物細胞基本認識的專著。他們兩人取得完全一致的看法,創立了細胞學說(cell theory),即一切植物和動物都是由細胞構成的,細胞是生命的結構和功能的基本單位。
細胞學說一經確立,馬上顯示出其生命力,大大促進了生物學的發展,十幾年裏迅速被推廣,並日臻完善。細胞學說的提出對生物科學的發展具有重大的意義。恩格斯說:“有了這個發現,有機的有生命的自然產物——比較解剖學、生理學和胚胎學才獲得了鞏固的基礎。”
細胞學說與達爾文的進化論和孟德爾的遺傳學被稱為現代生物學的三大基石,而實際上可以說細胞學說又是後兩者的“基石”。細胞學說在哲學上也具有重要的意義,它使千變萬化的生物界通過具有細胞結構這個共同的標準特征而統一起來。同時有力地證明了生物彼此之間存在著親緣關係,為生物進化理論奠定了基礎。恩格斯認為細胞學說的建立是最令人信服地檢驗了辯證唯物主義的正確性。他把細胞學說、進化論、能量守恒和轉化定律列為19世紀的三大科學發現。
此後,在細胞學說的基礎上,人們對生物界進行了更深入的研究,發現了細胞的全能性,即任何細胞都具有發育成完整個體的潛在能力。根據這一理論,人們發展了組織培養、克隆技術等高科技的生物技術。
血型的發現
血型的研究過程從一開始就和輸血療法密不可分。人們通過研究和總結人類300多年以來輸血曆史的成功與失敗的經驗,最終發現了人的血液可以分成不同的類型,為安全、有效地使用輸血醫療方法鋪平了道路。因此,我們要想了解血型的發現過程,就必須先從輸血的曆史談起。
1665年的一天,英國科學家查理?羅爾看到一條小狗出了意外,失血過多,小狗瀕臨死亡。
查理?羅爾靈機一動,想出了一個可能拯救小狗生命的方法。他嚐試著將一條健康狗的血管間接地與那條奄奄一息的小狗的血管連通,過了一會兒,奄奄一息的那條小狗神奇地起死回生了。查理?羅爾的這種使血液得到補償的有效方法,使人們第一次認識到在不同個體間輸血是可能的。這個300多年前的實驗是後來輸血術發展的萌芽。
1668年,在法國醫生丹尼斯的診室裏,一位年輕的婦女懇求醫生把羔羊的血輸入她性格暴戾的丈夫的身體裏,她的丈夫也很想通過輸血,讓羊羔溫順的性情改變自己暴戾的性格。因為在古代,人們曾將血液視作是“靈魂的主宰”、“性格的象征”,因此當時的人們有這種想法也是可以理解的。丹尼斯醫生出於無奈,被迫答應了他們的請求,開始進行人類曆史上第一次為人體輸血的工作。但是很不幸,就在為這名男子輸入羊血時,悲劇發生了,這名男子突然心跳加快,痛苦萬分,最後在一陣歇斯底裏的狂躁後死去了。丹尼斯醫生因此被人指控為“過失殺人”而入獄,從此再也沒有人敢采用輸血的技術了。
1818年,有一天英國的生理學家兼婦產科學家詹姆士?博龍戴爾醫生接收了一位難產的孕婦。在孕婦生產時突然發生了大出血,怎麼辦?如果不及時給孕婦輸血,她就必死無疑。善良的詹姆士醫生為了拯救孕婦的生命,在征得孕婦丈夫的同意後,果斷地作出決定,立即為孕婦輸血。在丹尼斯醫生輸血事件沉寂了150年後的這一天,詹姆士將一名健壯的男子的血輸給了那位失血過多的產婦,終於使她得救了。同年12月22日,詹姆士醫生在倫敦醫學年會的講台上作了人與人之間輸血成功的第一例報告。但隨後的多次實驗證明並非每個受血者都能夠獲得救治,甚至有的還出現嚴重的生理反應而加速了死亡。看來輸血技術還存在許多理論問題未能得到解決。
在以後的幾十年裏,許多科學家都在思考著這樣一個問題:“為什麼有的人輸進別人的血安然無恙,而有的人卻會出現不良反應,甚至導致死亡?”這個問題同樣也困擾著奧地利醫生卡爾?蘭德斯坦納。有一天,他終於想到:會不會是輸入的血液與受血者身體裏的血液混合產生病理變化,而導致受血者死亡?1900年他用22位同事的正常血液交叉混合,發現紅細胞和血漿之間發生反應,也就是說某些血漿能促使另一些人的紅細胞發生凝集現象,但也有的不發生凝集現象。於是他將22人的血液實驗結果編寫在一個表格中,通過仔細觀察這份表格,發現表格中的血型可以分成3種:A、B、O。
1902年,蘭德斯坦納的兩名學生把實驗範圍擴大到155人,發現除了A、B、O三種血型外還存在著一種較為稀少的第四種類型,後來稱為AB型。到1927年經國際會議公認,采用蘭德斯坦納原定的字母命名,即確定血型有A、B、O、AB四種類型,至此ABO血型係統正式確立。蘭德斯坦納也因貢獻的意義重大,在1930年獲得諾貝爾醫學及生理學獎。
人類的紅細胞含有兩種凝集原,分別叫做A凝集原和B凝集原,人類血清中則含有與凝集原對抗的兩種凝集素,分別叫做抗A凝集素和抗B凝集素。按照紅細胞所含A、B凝集原的不同,把人類血液分為四種類型:凡紅細胞隻含A凝集原的,就叫做A型;紅細胞中隻含B凝集原的,叫做B型;紅細胞中A、B兩種凝集原都含有的,叫做AB型;紅細胞中A、B兩種凝集原都不含有的,叫做O型。同時,從調查研究中還證明,每個人的血清中都不含有與他自身紅細胞凝集原相對抗的凝集素。因此,A型人的血清中隻含有抗B凝集素,B型人的血清中隻含有抗A凝集素,AB型人的血清中兩種凝集素都沒有,O型人的血清中則兩種凝集素都有。
凡是互為對抗的凝集原與凝集素相遇,血液就會發生凝集,而導致受血者死亡。輸血的時候,主要是考慮獻血者的紅細胞與受血者的血清之間是否會發生凝集反應。按這個道理就可以推斷出A、B、O、AB血型之間在輸血時的相互關係。
科學是無止境的,對於血型的研究也不例外。1940年,蘭德斯坦納與維納用恒河猴的紅細胞注射到豚鼠腹腔,經反複注射後,發現豚鼠血清中出現了抗恒河猴紅細胞的抗體(即RH抗體)。用含有RH抗體的血清與人的紅細胞混合,發現有85%的白種人血液發生凝集,說明這些人的紅細胞中含有RH抗原,故稱RH陽性血型;另外15%的人的血液不凝集,說明其紅細胞不含RH抗原,故稱RH陰性血型。這樣另一套血型係統產生了,即RH血型係統。其實在人類的血型中還有很多的秘密,相信隨著科學技術的進步,經過科學家們不懈的努力,人類定會在人與人之間的血型分類、鑒別上得出更加深入和細致的結論。
人體激素的發現
為什麼有人天生矮小,甚至有些人會得某種奇怪的病如侏儒症、糖尿病等。為什麼人在生長到某一年齡階段會出現不同的生理特征,如生長、發育、生殖、新陳代謝等。那麼,人又是怎樣維持生命的正常運行的呢?
1902年,英國生物學家威廉?貝利斯和歐內斯特?斯塔林從小腸黏膜提取液中發現了促使胰髒分泌的“腸促胰液肽”。他們根據這種物質的生物活性,將它命名為“激素”,其拉丁文原意為“我激起活性”;它的另外一個名字叫“荷爾蒙”,在希臘語中的意思為“興奮”。