揭示生命的奧秘

劉　怡

盡管斯巴蘭扎尼、巴斯德等人取得了暫時(shí)的勝利，但是他們只是說明了生命不可能從非生命物質(zhì)自然發(fā)生，仍然沒有回答“生命是從何而來的問題”。要追溯生命從何而來，首先必須了解生命的組成，那么生命的組成單位到底是什么呢？生命又何以能夠持續(xù)繁衍、生生不息呢？

自然哲學(xué)的影響

早在1665年，物理學(xué)家胡克（Robert Hooke,1635年~1703年）就曾經(jīng)在自制的顯微鏡下看到“細(xì)胞”。他把軟木切成薄片，放在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)軟木薄片上有許多蜂窩狀的孔和洞，就像一個(gè)個(gè)小房間一樣。于是他把這些小孔稱為“Cell”，即“小室”的意思。后來知道，當(dāng)時(shí)胡克所看到的這些小室只是一些死細(xì)胞。真正第一個(gè)觀察到活細(xì)胞的人是荷蘭的生物學(xué)家列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek,1632年～1723年），他在水中觀察到了單細(xì)胞生物，這在英國皇家學(xué)會引起了巨大的反響。

可惜的是，盡管胡克和列文虎克都在顯微鏡下看見了細(xì)胞，但是卻沒有意識到它在生物體結(jié)構(gòu)中的重要性。這其中的一個(gè)原因是當(dāng)時(shí)的顯微鏡還不夠先進(jìn)，另一個(gè)重要原因是當(dāng)時(shí)的生物學(xué)家大都忽視了對生物的微觀領(lǐng)域的研究。

相反，德國自然哲學(xué)家們在生命組成問題上的討論有很多。在植物的組成問題上，有人猜想“根是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)”，也有人認(rèn)為“莖可以發(fā)展成植物的其他部分”，其中影響最大的是德國人歌德（Johann Wolfgangvon Goethe，1749年~1832年）的觀點(diǎn)。歌德既是著名的詩人，也是一位生物學(xué)家。在18世紀(jì)80年代，他熱衷于探索植物的原始類型，并設(shè)想葉子是一切植物的基本單位，從葉子可以分化出主脈和鋸齒的邊緣，最后長出花和果，花瓣和果子事實(shí)上都是變形的葉子。

而另一位德國的科學(xué)家奧肯（oken Lorenz，1779年~1859年）認(rèn)為脊椎骨節(jié)是動物的基本單位。他注意到較原始的脊椎動物如魚的骨胳僅是一根簡單的分為骨節(jié)的脊椎，而且高級動物的早期胚胎形式也是如此。于是設(shè)想，原始的脊椎動物只有一根一般化的脊骨，由一定數(shù)目的脊椎骨節(jié)單位所組成。隨后，他還進(jìn)一步提出一切生物都含有一種叫“原漿”的物質(zhì)，生物是由一種像草履蟲般的“黏液囊泡”所組成。這種黏液囊泡有自己的生命，而且不會隨著有機(jī)體的死亡而死亡，而是繼續(xù)活著以形成另一種新的有機(jī)體。盡管這只是他的猜測，并沒有實(shí)驗(yàn)依據(jù)，但這種“黏液囊泡”的猜測引起了生物學(xué)家們的興趣，也給予了他們新的靈感。

顯微鏡下的世界

究竟植物的基本單位是歌德所說的葉子，還是奧肯猜測的黏液囊泡呢？植物學(xué)家們決定用實(shí)驗(yàn)來揭開這一謎底。

事實(shí)上，在胡克第一次觀察到所謂的“細(xì)胞”時(shí)，他所觀察到的正是死亡的植物細(xì)胞的細(xì)胞壁?？墒怯捎诋?dāng)時(shí)顯微鏡的局限性，科學(xué)家們無法發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁是植物細(xì)胞外圍的厚壁，也就不能發(fā)現(xiàn)細(xì)胞是生命的單位。直到1805年，德國植物學(xué)家特雷維拉努斯（Gottfried ReinholdTreviranus，1776年～1837年）在對植物進(jìn)行大量的顯微解剖后，發(fā)現(xiàn)在植物的機(jī)體內(nèi)，確實(shí)存在奧肯所說的那種“黏液囊泡”。他認(rèn)識到所有的生物開始都是由彼此沒有連通的小囊聚集而成。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)給生物學(xué)界帶來了新的希望。隨著顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，人們眼中的細(xì)胞越來越清晰，尤其是到消色差顯微鏡發(fā)明后，人們能夠更清楚地觀察到細(xì)胞的詳細(xì)結(jié)構(gòu)了。

1831年，英國植物學(xué)家布朗（Robert Brown，1773年~1858年）用約放大300倍的消色差顯微鏡，成功地研究了布朗運(yùn)動，還在觀察顯花植物的細(xì)胞時(shí)，發(fā)現(xiàn)每一個(gè)細(xì)胞中都有一個(gè)細(xì)胞核，從而首次提出“細(xì)胞核”這個(gè)詞，同時(shí)還比較明確地提出細(xì)胞核是植物細(xì)胞的主要組成部分。1835年，捷克生物學(xué)家普金葉（Johannes EvangelistaPurkinf,1787年~1869年），觀察到母雞卵中的細(xì)胞核。他指出，動物的組織，在胚胎中是由緊密裹在一起的細(xì)胞質(zhì)塊組成，這些細(xì)胞質(zhì)塊與植物很類似。1837年，普金葉又發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)細(xì)胞和小腦神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，并提出了原生質(zhì)的概念，認(rèn)為原生質(zhì)在細(xì)胞中占有重要的地位。

隨著細(xì)胞核、原生質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的基本形態(tài)和結(jié)構(gòu)開始逐漸為世人所知，細(xì)胞學(xué)說的問世已經(jīng)指日可待了。

細(xì)胞學(xué)之父

在細(xì)胞學(xué)說的醞釀階段，曾經(jīng)有過一種“小球”學(xué)說，認(rèn)為所有生物的組織和器官都由小球組成。但他們所指的小球，本身是很含糊的，有時(shí)指細(xì)胞，有時(shí)指細(xì)胞核，有時(shí)甚至是指由于顯微鏡的缺陷所出現(xiàn)的光環(huán)。盡管他們提到的小球都屬假象，但對細(xì)胞的研究有很大的幫助。

1838年德國植物學(xué)家施萊登（Matthias Jacob Schleiden，1804年~1881年）在總結(jié)前人實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上發(fā)表了《植物發(fā)生論》一文，提出只有最低等的植物，如某些藻類和真菌是由一個(gè)單細(xì)胞組成的，高等植物則是各具特色的、獨(dú)立的單體的集合體；因而認(rèn)為細(xì)胞是組成植物的基本單位。他還認(rèn)為細(xì)胞的生命現(xiàn)象有兩重性：一方面細(xì)胞是獨(dú)立的，只與自身生長有關(guān)；另一方面又是附屬的，是構(gòu)成植物整體的一個(gè)組成部分。他研究植物的個(gè)體發(fā)育過程，發(fā)展了布朗關(guān)于細(xì)胞核的看法，認(rèn)為核與細(xì)胞的產(chǎn)生有密切關(guān)系,并把它稱為細(xì)胞形成核。他描述了先由黏液顆粒長成細(xì)胞形成核，再在其表面出現(xiàn)小囊，逐步形成細(xì)胞的過程。

獲悉了施萊登的研究成果后， 德國動物學(xué)家施旺（Theodor Ambrose Hubert Schwann，1810年～1882年）想起自己在觀察動物的脊索時(shí)也見到過類似的“細(xì)胞核”。他頓時(shí)領(lǐng)悟到：“如果我能證明脊索細(xì)胞中的細(xì)胞核在細(xì)胞中起著與植物細(xì)胞的細(xì)胞核相同的作用，那么組成生命的基本單位就清楚了?！?/p>

1839年，施旺發(fā)表了《關(guān)于動植物的結(jié)構(gòu)和生長的一致性的顯微研究》一文。他通過對蝌蚪脊索細(xì)胞和不同動物軟骨細(xì)胞的研究，闡述了動物細(xì)胞與植物細(xì)胞的相似性。他把動物的永久性組織分為5類,分別研究了血細(xì)胞、指甲、腱、骨、齒、肌肉、神經(jīng)等，并證明它們都是有核的細(xì)胞或是細(xì)胞分化的產(chǎn)物。他根據(jù)研究結(jié)果提出一切動物和植物都是由細(xì)胞組成的，有機(jī)體的各種基本組成都有一個(gè)共同的發(fā)育原則，即細(xì)胞形成的原則，并認(rèn)為細(xì)胞是生命的基本單位。一切有機(jī)體都從單個(gè)細(xì)胞開始生命活動，并隨著其他細(xì)胞的形成，不斷發(fā)育成長。

這樣，兩位科學(xué)家在已有研究的基礎(chǔ)上，終于創(chuàng)立了著名的細(xì)胞學(xué)說：“所有生物體，無論是簡單的單細(xì)胞生物，還是復(fù)雜的高等動植物，都是由細(xì)胞構(gòu)成的，細(xì)胞是生命有機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。他們按照一定的法則排列在植物和動物體內(nèi)?！笔┩矐{借在細(xì)胞學(xué)說創(chuàng)立上的主要貢獻(xiàn)被譽(yù)為“細(xì)胞學(xué)之父”。

細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立，使人們對生命現(xiàn)象的本質(zhì)開始有了真正的了解，神創(chuàng)論完全是無稽之談，自生論和生源論也不攻自破。恩格斯在他的《自然辯證法中》對它做出了高度的評價(jià)，并把細(xì)胞學(xué)說、進(jìn)化論、能量守恒和轉(zhuǎn)化定律一同譽(yù)為19世紀(jì)的三大科學(xué)成就。細(xì)胞學(xué)說把生命的奧秘和生命本身濃縮到了一個(gè)微觀世界，正是由于細(xì)胞的分裂和分化，生物體才得以生長和發(fā)育，生命才能夠生生不息地延續(xù)下去。