细胞并没有统一的定义,近年来比较普遍的提法是:细胞是生命活动的基本单位。已知除
病毒之外的所有
生物均由细胞所组成,但病毒生命活动也必须在细胞中才能体现。一般来说,
细菌等绝大部分
微生物以及
原生动物由一个细胞组成,即单细胞生物;高等
植物与高等
动物则是多细胞生物。细胞可分为两类:
原核细胞、
真核细胞。但也有人提出应分为三类,即把原属于
原核细胞的
古核细胞独立出来作为与之并列的一类。研究细胞的学科称为
细胞生物学。世界上现存最大的细胞为
鸵鸟的
卵子。
细胞的发现与细胞的研究历史
细胞(cell)是由英国科学家
罗伯特·胡克(Robert Hooke,1635~1703)于
1665年发现的。当时他用自制的光学显微镜观察软木塞的薄切片,放大後发现一格一格的小空间,就以英文的cell命名之,而这个英文单字的意义本身就有小房间一格一格的用法,所以并非另创的字汇。而这样观察到的细胞早已死亡,仅能看到残存的植物细胞壁,虽然他并非真的看见一个生命的单位(因为无生命迹象)後世的科学家仍认为其功不可没,一般而言还是将他当作发现细胞的第一人。而事实上真正首先发现活细胞的,还是
荷兰生物学家雷文·霍克(列文·虎克)。
- 1674年,雷文·霍克发现微生物,他也是历史上可找到的第一个发现细菌的业余科学家。
- 1809年,法国博物学家(博物学即二十世纪後期所称的生物学、生命科学等的总称)拉马克(Jean-Baptiste de Lamarck,1744—1829)提出:「所有生物体都由细胞所组成,细胞里面都含有些会流动的『液体』。」却没有具体的观察证据支持这个说法。
- 1824年,法国植物学家杜托息(Henri Dutrochet,1776~1847)在论文中提出「细胞确实是生物体的基本构造」又因为植物细胞比动物细胞多了细胞壁,因此观察技术还不成熟的时候比动物细胞更容易观察,也因此这个说法先被植物学者接受。
- 19世纪中期,德国动物学家许旺(Theodor Schwann,1810~1882)进一步发现动物细胞里有细胞核,核的周围有液状物质,在外圈还有一层膜,却没有细胞壁,他认为细胞的主要部分是细胞核而非外圈的细胞壁。同一时期,德国植物学家许莱登(Matthias Schleiden,1804~1881)以植物为材料,研究结果获得与施旺相同的结论,他们都认为「动植物皆由细胞及细胞的衍生物所构成」,这就是细胞学说的基础。
- 在德国许旺和许莱登之後的十年,科学家陆续发现新的证据,证明细胞都是从原来就存在的细胞分裂而来,而至21世纪初期的细胞学说大致上可以简述为以下三点:细胞为一切生物的构造单位、细胞为一切生物的生理单位、细胞由原已生存的细胞分裂而来。<细胞是生物体构造与机能的基本单位>
- “细胞”一词最早出现在日本兰学家宇田川榕庵1834年的着作《植学啓原》
- 中国自然科学家李善兰1858年在其着作《植物学》中使用“细胞”作为cell的中文译名。有学者认为李善兰此时并未接触过《植学啓原》,因而是独自发明。
细胞的基本结构和功能
细胞是生物体的构造和生理的基本单位,却不能因此认为所有的生物细胞都相同,即使在同一个个体内,也有因为
分化而产生各式各样外观与功能不同的细胞,即使相同种类的细胞,也可能正在执行的生理工作也有差异,但是基本上彼此都有共同的基本构造。
细胞壁
分类在
细菌、
真菌、
植物的生物,其组成的细胞都具有
细胞壁(cell wall),而
原生生物则有一部分的生物体具有此构造,但是动物没有。细胞壁是由细胞质的分泌物构成,在
电子显微镜的发明之後,有许多的研究因此可以让人们知道,其成分与组成。而细胞壁可以保护细胞减少外界伤害、维持形状,并且避免因为水分过多而胀破。
- 植物细胞壁主要成分是纤维素,经过有系统的编织形成网状的外壁。可分为中胶层、初生细胞壁、次生细胞壁。中胶层是植物细胞刚分裂完成的子细胞之间,最先形成的间隔,主要成份是果胶质(一种多糖类),随後在中胶层两侧形成初生细胞壁,初生细胞壁主要由果胶质、木质素和少量的蛋白质构成。次生细胞壁主要由纤维素组成的纤维排列而成,如同一条一条的线以接近直角的方式排列,再以木质素等多醣类黏接。
- 真菌细胞壁则是由几丁质、纤维素等多醣类组成,其中几丁质是含有氮的一类多糖
- 细菌细胞壁组成以肽聚糖为主。
细胞膜
细胞膜(cell membrane)为细胞与环境之间以及
胞器与细胞质之间的分界,能够调节物质的进出,而膜上的
蛋白质有许多种类,有的可以适时协助物质进出,有的能够传递讯息,有的则负责防御(
免疫系统)的功能。更详细的历史、微观构造请参考
细胞膜。
细胞质
细胞膜就像一个塑胶袋一样,装着满满的液状、胶体状的
细胞质(cytoplasm),可粗略分为
细胞质基质和胞器。细胞质含有维持生命现象所需要的基本物质,例如醣类、脂质、蛋白质、与蛋白质合成有关的
核糖核酸,因此也是整个细胞运作的主要场所,透过细胞膜外接收的讯息、细胞内部的物质,共同调节
基因的表现,影响生理活动。另外,细胞质内部也有多种网状构造,称为细胞骨架,可以协助维持细胞形状,也能引导内部物质的移动,一些细胞骨架会於细胞分裂时,形成可以透过染色而观察的纺锤丝,有一些骨架更能帮助细胞运动。
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