생물학 세포의 발견과 현대의 세포종류와 발전

 

생물학에서의 세포 이론 세포 이론이라고도 알려진 세포 이론은 세포의 독특한 특성을 설명하는 생물학의 과학 이론입니다. 세포는 모든 생명체의 기본 단위이며 생식 단위라고도 합니다. 17세기의 기술적 발견과 현미경의 발명 및 그에 따른 업그레이드 덕분에 세포의 발견과 연구가 가능해졌습니다. 세포생물학은 세포 발견에 큰 공헌을 한 자연철학자 로버트 훅(Robert Hooke)의 광범위한 연구에서 시작되었습니다. 과학자들 사이의 논쟁을 통해 세포가 생명체의 기본 단위라는 사실이 밝혀졌습니다. 1838년 독일의 식물학자 Matthias Jacob Schleiden과 생물학자 Theodor Schwan이 세포에 관한 논문을 발표했습니다. 이 이론에 대한 논문은 독일의 병리학자인 Rudolf Virchow와 같은 과학자들이 기여했습니다. 그것의 개발. 세포 이론은 생물학의 기본 지식입니다.

 

세포

생물학과 현미경

세포가 마침내 발견된 것은 미세한 물체를 관찰할 수 있는 현미경이 발명된 이후였습니다. 돋보기는 고대 로마부터 사용되었으며, 12세기 이탈리아의 살비노 다마트(Salvino Dammat)는 한쪽 눈에 착용하여 물체를 더 자세히 볼 수 있는 돋보기를 발명했습니다. 1590년대 네덜란드 안경 제조사인 자카리아스 얀센(Zacharias Jansen)은 현미경에 가깝지만 초점이 좋지 않아 물체를 선명하게 볼 수 없는 9 배율 돋보기를 제작했습니다. 1595년에 Janssen과 그의 아버지는 두 개의 렌즈를 사용하여 최초의 광학 현미경을 만들었습니다. 1665년 로버트 후크(Robert Hook)는 6인치 튜브에 대물렌즈와 교체 렌즈가 부착된 현미경과 튜브 내부에 거울이 장착되어 그의 책 Micrographia에 포함된 현미경을 발명했습니다. Hooke는 또한 더 선명한 이미지를 얻기 위해 거울을 사용하지 않는 단일 렌즈 현미경을 만들었습니다.

현미경의 발명을 완성한 사람은 Anton van Leeuwenhoek입니다. 그는 현미경에 관심이 많은 네덜란드의 포목 상인이었는데, 1648년 암스테르담에서 현미경을 관찰할 기회를 얻은 후 렌즈 연마 기술을 습득하고 자신의 현미경을 만들었습니다. 복합현미경이라고 불리는 그의 현미경은 물체를 최대 270배까지 확대할 수 있었습니다. 당시 기존 현미경의 배율이 약 50배에 달했다는 점을 고려하면 이는 엄청난 발전이다. Leeuwenhoek 이후 1850년대까지 현미경 검사법은 큰 발전을 이루지 못했습니다. 독일의 안경사 칼 자이스는 대물렌즈가 교체 가능한 현미경을 발명했습니다. 1880년대에 Zeiss에 고용된 Otto Scott과 Ernst Abbe는 현미경의 품질을 향상했습니다.

1920년대 전자현미경이 발달하면서 기존 광학현미경으로는 관찰할 수 없었던 미세한 물체도 관찰할 수 있게 됐다.

세포의 발견

세포는 1665년 로버트 훅(Robert Hooke)에 의해 처음 발견되었으며 마이크로그라피아(Micrographia)에 포함되었으며, Hooke가 관찰한 60종의 다양한 생물의 책에 사진으로 포함되어 있습니다. 그중 하나는 코르크 병뚜껑을 매우 얇은 조각으로 잘라 관찰되었습니다. Hooke는 코르크 조직에 있는 눈으로 보이는 결정격자를 "세포"라는 명칭으로 불렀습니다. 세포(cell)라는 단어는 작은 방을 의미하는 라틴어 cella에서 유래되었다고 합니다. 그 시대에 "세포"라는 단어는 벌집 안의 방과 같이 많은 결정들이 모여있는 것을 가리키는 데 사용되었습니다. 그러나 그가 관찰한 구조의 기능까지는 그 당시에 알지는 못했고 그가 생각한 세포는 사실 살아있는 조직이 모두 사라지고 세포벽만 남아 있는 빈 공간이었기 때문이었습니다. 당시 현미경의 배율은 그다지 높지 않아 세포 내의 더 작은 구조를 관찰할 수 없었습니다. 그러므로 세포가 살아 있다고 생각까지 할 수는 없었습니다. 관찰한 세포에는 핵이나 다른 소기관까지는 없었습니다. Micrographia에는 가죽에 곰팡이가 자라는 모습을 보여주는 사진도 포함되어 있지만 포자를 관찰할 수 없었기 때문에 곰팡이가 어떻게 번식하는지 전혀 알 수 없었습니다. 이러한 관찰의 결과로 세포에 대한 자연 발생 이론을 지지하게 되었습니다. 당시에는 아리스토텔레스 물리학이 여전히 널리 사용되었기 때문에 Anton van Leeuwenhoek이 고배율 현미경을 발명한 후에야 더 자세한 관찰이 가능했다고 합니다.

세포 이론의 형성

생물학의 세포 이론의 발전은 일반적으로 Theodor Schwan과 Matthias Jacob Schleiden이라는 두 명의 과학자에 기인합니다. 루돌프 비르조(Rudolf Virzo)는 이 이론에 기여했지만 그에 대한 공로를 인정받지 못했습니다. 1839년에 Schleiden은 식물의 모든 구조적 부분이 세포로 구성되거나 세포의 결과라고 제안했습니다. 그는 또한 세포가 다른 세포 내부나 외부에서 결정화 과정을 통해 발생한다고 제안했습니다. 그러나 그것은 Schleiden의 원래 아이디어가 아니었습니다. 그는 이 이론이 자신의 것이라고 주장했지만 Barthelemy du Motier는 몇 년 전에 그것을 말했습니다. 현대 세포 이론은 더 이상 이러한 결정화 과정을 받아들이지 않습니다. 1839년에 테오도르 슈반(Theodor Schwann)은 동물도 식물과 마찬가지로 세포 또는 세포 구조의 산물로 구성되어 있다고 지적했습니다. 이는 생물학 분야에서 엄청난 발전입니다. 지금까지 식물에 비해 동물의 구조에 대해 알려진 바가 거의 없었기 때문입니다. 식물과 동물에 대한 이러한 결론으로부터 세포 이론의 세 가지 원리 중 두 가지가 제안되었습니다.

1. 모든 생명체는 하나 이상의 세포로 구성되어 있다
2. 세포는 생명의 가장 기본 단위이다
결정화에 의한 자유 세포 형성에 대한 Schleiden의 이론은 1850년대 Robert Lemak, Rudolf Virzo 및 Albert Colleiker에 의해 반박되었습니다. 1855년에 루돌프 비르초(Rudolf Virzo)는 세포 이론에 세 번째 원리를 추가했습니다. 이 원리는 라틴어로 "Omnis cellula e cellula"를 의미합니다. 이는 다음과 같이 번역됩니다.

3. 모든 셀은 기존 셀에서만 생산됩니다.
그러나 모든 세포가 기존 세포에서 발생한다는 생각은 이미 Robert Lemak에 의해 제안되었으며 Vircho는 Lemak를 표절했다고 합니다. Lemak는 1852년에 세포 분열에 대한 관찰 결과를 발표하면서 Schleiden과 Schown이 생성 계획에 대해 틀렸다고 주장했습니다. 대신 그는 Dumotier가 처음 제안한 이항 분열이 동물 세포 재생산의 새로운 방법이라고 말했습니다. 이 원리가 추가되면 고전적인 세포 이론이 완성됩니다.

현대의 세포 이론

현대 세포 이론에서 일반적으로 인정되고 받아들여지는 부분은 아래와 같습니다

세상에 알려진 모든 생물은 하나 이상의 세포로 구성되어 있습니다
살아있는 모든 생물에 세포는 분열에 의해 기존의 세포에서 발생합니다.
세포는 모든 생명체에서 가본 단위는 구조와 기능입니다.
유기체의 활성은 독립적인 세포의 전체에 대한 활성에 달려 있습니다.
에너지 흐름(대사 및 생물화학)은 세포 내에서 발생합니다.
세포에는 염색체에서 특이적으로 발견되는 DNA와 세포핵과 세포질에서 발견되는 RNA가 포함되어 있습니다.
모든 세포는 기본적으로 유사한 종의 유기체에서 화학적 구성은 동일합니다.

세포 이론의 발전

세포 투과성, 투과성 및 전기적 특성 연구의 맥락에서 두 가지 상반된 개념이 발생합니다.
첫 번째 견해는 이러한 특성이 원형질막에 속한다는 것이고, 다른 주류 견해는 이러한 특성이 원형질에 의해 발생한다는 것입니다. 막 이론은 실험적 장애물을 극복하기 위해 이론에 임시 추가 및 수정을 가하여 개발되었습니다. Overton(찰스 다윈의 먼 사촌)은 1899년에 처음으로 지질(기름) 원형질막의 개념을 제안했습니다. 지질막의 가장 큰 약점은 물에 대한 높은 투과성에 대한 설명이 부족하다는 것이며, 따라서 Nathanson(1904)이 제안한 모자이크 이론입니다. 이러한 관점에 볼 때, 막은 순수한 지질층이 아니라 지질이 있는 영역과 반투과성 겔이 있는 영역의 모자이크입니다. Ruland는 작은 분자의 추가 통과를 허용하기 위해 기공을 포함하도록 모자이크 이론을 개선했습니다. 막은 일반적으로 음이온에 대한 투과성이 낮기 때문에 Leonor Michaelis는 이온이 기공 벽에 흡착되고 정전기적 반발력을 통해 기공의 이온 투과도를 변화시킨다고 결론지었습니다. Michaelis는 1926년에 막 전위를 증명하고 이것이 막을 가로지르는 이온 분포와 관련이 있다고 제안했습니다.

Harvey와 Danielli(1939)는 표면 장력을 측정하기 위해 양면이 단백질 층으로 덮인 지질 이중층 막을 제안했습니다. 1941년 Boyle과 Conway는 개구리 육종은 K+와 Cl-는 투과하지만 Na+는 투과할 수 없다는 사실을 밝혔습니다. 따라서 단일 임계 기공 크기는 K+, H+ 및 Cl-를 투과할 수 있지만 Na+, Ca+ 및 Mg2+는 투과할 수 없습니다. . 투과도를 고려하므로 기공전하의 개념은 불필요하다. 같은 기간 동안 반투막이 없는 겔은 묽은 용액에서 부풀어 오른다는 사실이 발견되었습니다(Procter and Wilson, 1916).

 

자크 뢰브(1920)는 또한 막의 유무에 관계없이 광범위하게 젤라틴을 연구하여 막이 없는 젤라틴에서 원형질막에 기인한 더 많은 특성이 복제될 수 있음을 보여주었습니다. 특히, 그는 H+ 농도에 기초하여 젤라틴과 외부 매체 사이의 전위차가 발생할 수 있음을 발견했습니다. 막 이론에 대한 일부 비판은 1930년대에 일부 세포가 부풀어 오르고 표면적이 1000배 증가하는 능력과 같은 관찰을 기반으로 발전했습니다. 지질층은 패치워크(patchwork)가 되지 않고는 그 정도로 늘어날 수 없습니다(따라서 장벽 특성을 잃음). 그러한 비판은 세포 투과성 특성을 결정하는 주요 원인으로서 원형질에 대한 지속적인 연구를 자극했습니다.

1938년에 피셔와 수어는 원형질체의 물이 자유롭지 않고 화학적으로 결합된 형태를 보인다고 제안했고 원형질체는 단백질, 소금, 물의 조합을 나타내며 살아있는 조직의 부종과 젤라틴과 섬유질의 부종 사이의 기본적인 유사성을 보여주었습니다. 디미트리 나소노프(Dimitri Nasonov, 1944)는 단백질을 전기적 특성을 포함한 세포의 많은 특성을 담당하는 중심 구성 요소로 보았습니다. 1940년대까지 벌크 상 이론은 막 이론만큼 잘 발달되지 않았습니다. 1941년에 브룩스와 브룩스는 벌크 상 이론을 거부하는 모노그래프 "살아있는 세포의 투과성"을 출판했습니다.

방사성 추적자(엑스선)의 개발로 세포가 Na+에 불침투하지 않는다는 사실이 밝혀졌습니다. 이것은 막 장벽 이론으로는 설명하기 어려웠기 때문에 나트륨 펌프는 세포에 침투하면서 Na+를 지속적으로 제거할 것이 제안되었습니다. 이것은 세포가 동적 평형 상태에 있으며, 끊임없이 에너지를 사용하여 이온 구배를 유지한다는 개념을 유도했습니다. 1935년 칼 로만(Karl Lohmann)은 ATP와 세포의 에너지원으로서의 역할을 발견하여 대사적으로 구동되는 나트륨 펌프의 개념이 제안되었습니다. 인용이 필요했습니다 현상을 올바르게 모델링한 미분 방정식과 함께 세포막 전위의 막 이론 개발에서 호지킨, 헉슬리, 카츠의 성공은 막 펌프 가설을 더욱 뒷받침했습니다.

원형질막의 현대적인 관점은 그 안에 단백질 성분이 내장된 유체 지질 이중층입니다. 막의 구조는 이제 막에 결합된 수백 가지 다른 단백질의 많은 3D 모델을 포함하여 매우 자세히 알려져 있습니다. 세포 생리학의 이러한 주요 발전은 막 이론을 지배적인 위치에 놓았고 대부분의 생리학자들의 상상력을 자극했지만, 이제 이론을 사실로 받아들이는 것으로 보이는 소수의 반대자들이 있습니다.

1956년, 아파나시 S. 트로신은 세포 투과성의 문제라는 책을 러시아어로 출판하여 투과성이 세포와 환경 사이의 평형 패턴을 결정하는 데 있어 부차적으로 중요하다는 것을 보여주었습니다. 트로신은 비록 이 화합물들이 세포에 천천히 스며들었지만, 세포수가 갈락토스나 요소의 용액에서 감소한다는 것을 보여주었습니다. 막 이론은 세포 수축을 유지하기 위해 영구적이지 않은 용질을 필요로 하기 때문에, 이러한 실험들은 이론에 의문을 제기합니다. 다른 사람들은 세포가 나트륨/칼륨 펌프를 유지할 수 있는 충분한 에너지를 가지고 있는지에 대해 의문을 제기했습니다. 새로운 화학 구배가 발견되면서 수십 개의 새로운 대사 펌프가 추가되면서 그러한 질문들은 더욱 절실해졌습니다.