実験をしてみましょう。容器を2つ用意し、その中にパンを1枚入れます。次に、すべての生物を死滅させるために両方の容器を滅菌します。この後、一方の容器を閉じたままにし、もう一方の容器を開けます。何が起こるか？
開いた容器にはカビが生え始めますが、密閉した容器にはカビが生えません。この実験は、開いた容器では外部環境から外来細胞が侵入し、活発に分裂と増殖を始めるが、閉じた容器では何も進入しないため、何も起こらないことを示しています。これは、科学者が古代に信じていたように、細胞は非生物材料から発生することはできないという事実を証明しています。
細胞の研究は 1665 年に英国の科学者ロバート フックによって始まりました。彼はレンズを通してコルク片を見て毛穴に気づきました。当時、他に彼らを見た人は誰もいないと信じられていたため、これは驚くべきことでした。この実験科学者は、著書「Micrographia」の中で、箱状の構造を指す「細胞」という用語を導入しました。この瞬間から細胞理論が現れ始めました。
1674年 オランダの科学者アントニー・ファン・レーウェンフックは、改良された顕微鏡を使用して生きた微生物を観察および記述し、細胞の存在に関するさらなる証拠を提供しました。
1838年 ドイツの植物学者マティアス・シュライデンは、植物組織の観察により植物が細胞で構成されていると示唆し、それらの構造的類似性を認識しました。
1839 年 ドイツの生理学者テオドール・シュワンは、動物の組織も細胞で構成されていると結論付け、シュライデンの発見を発展させ、細胞理論の定式化に貢献しました。
細胞理論の仮定
細胞理論の最初の 2 つの公準が形成されます。
１．すべての生き物は細胞からできているのです。
２．細胞は構造と組織の基本単位であり、 生命の構成要素です。
1885年 ドイツの医師ルドルフ・ヴィルヒョウは細胞病理学の概念を導入し、すべての細胞は既存の細胞から生じると主張し、成長と病気の過程における細胞分裂の重要性を強調しました。
科学者は細胞理論の 3 番目の仮説を定式化します。
３．すべての細胞は、 細胞分裂の過程で作られた既存の細胞から生じています
1861年 ルイ・パスツールの実験と観察は細菌理論を支持し、生命の基本単位としての細胞の概念をさらに強化します。
1931 年 Ernst Ruska と Max Noll が最初の電子顕微鏡を開発し、より高い倍率と解像度で細胞を画像化できるようになりました。
1957 年 マービン ミンスキーは、細胞や組織を前例のない詳細さと鮮明さで画像化できる共焦点顕微鏡を開発しました。
この時点までに、4 番目の公準が定式化されます。
４．エネルギーの流れは細胞内で発生します。
1953 ジェームズ ワトソンとフランシス クリックが DNA の二重らせん構造を提案し、遺伝暗号を明らかにし、細胞遺伝の理解に革命をもたらしました。
1955 ジョージ・パラドは、タンパク質合成を担う細胞構造であるリボソームを特定して特徴づけ、細胞機構についての洞察を提供しました。
1963 年 マルギットとシルバン・ナスは、ミトコンドリア内の異なる遺伝物質であるミトコンドリア DNA を特定しました。これにより、細胞のエネルギー生成と進化についての理解が進み、第 5 の仮説が出現します。
５．遺伝情報は細胞から細胞へ伝達されるのです。
2009 年 Hans Clevers らは、実験室で小型臓器を培養できるオルガノイド培養を開発し、人間の発達、病気、薬物検査の研究に貴重なモデルを提供します。
細胞理論の 6 番目の公準が次のように表示されます。
６．すべての細胞は同じ基本的な化学組成を持っています
2012 ジェニファー・ダウドナとエマニュエル・シャルパンティエは、遺伝子工学に革命をもたらし、細胞 DNA を正確に制御する遺伝子編集ツール CRISPR-Cas9 を開発しました。
2013 Aviv Regev らは、個々の細胞における遺伝子発現の分析を可能にする単一細胞 RNA シーケンス技術を開拓し、細胞の不均一性についてのより深い理解につながります。
では、細胞理論とは何を意味するのでしょうか?
細胞理論の 2 番目の中核となる概念は、細胞は生物物質の構成要素であり、重要なプロセスを調節することによってすべての生命の基礎を形成するということです。同じ種類の細胞は互いに類似しています。たとえば、2 つのシダ植物の細胞は同一です。人間の体には約40兆個の細胞があります。髪の毛、皮膚、臓器などは細胞から構成されています。細胞の各構造部分には異なる機能があり、細胞は栄養素の吸収、栄養素のエネルギーへの変換、老廃物の除去、その他多くのプロセスを制御します。私たちの体のすべての機能は、細胞の働きのおかげで実行されることが不可欠です。
細胞理論の 4 番目の部分では、すべての生きた細胞においてエネルギーがあるタイプから別のタイプに絶えず変換されていることが指摘されています。これらのプロセスの例には、光合成 (植物細胞が光エネルギーを化学エネルギーに変換する) や細胞呼吸 (植物および動物の細胞がグルコースをエネルギーに変換する) が含まれます。
パート 5 では、DNA と、それが親細胞から娘細胞に受け継がれるという事実について扱います。
最後に、細胞理論の第 6 部では、すべての細胞は同じ化学物質、つまり水、無機イオン、有機分子でできていると述べています。
上記のすべての要約
今日、細胞理論がどれほど明白であるかは驚くべきことです。学校の生物学コースに参加している生徒は誰でも、細胞とは何か、そしてすべての生物が細胞で構成されていることを知っています。これは生物学の基本原則であり、非常に重要であるため、私たちの多くはそれを当然のことと考えています。
すべての生き物が細胞でできていることを知ることで、生物がどのように形成され、成長し、死ぬのかを理解できるようになります。この情報は、新しい生命がどのように誕生するのか、なぜ生物は特定の形状をとるのか、がんはどのように広がるのか、病気はどのように治療されるのかなどを理解するのに役立ちます。細胞は、生と死などの基本的な問題を解明するのにも役立ちます。細胞が生きている生物は生きていると見なされ、細胞が死んでいる生物は死んだものとみなされます。
