第一章 走进细胞——第一节 细胞是生命活动的基本单位

问题探讨：
大熊猫和冷箭竹形态迥异,但它们生命活动的基本单位都是细胞。
讨论
1.如果让你提供证据说明大熊猫和冷箭竹都是由细胞构成的,你将如何获取和提供证据?
2.与同学相互评价各自的证据是否正确和充分。
面对奇妙的自然界,人类天生就有无限的好奇心。层出不穷的“是怎样的?”“为什么是这样?”等问题,吸引着人们去探究,科学因此而不断前进。
显微镜的发明使人类打开了微观世界的大门。借助显微镜,人们看到了一滴水中有许多肉眼看不见的小生物,看到了动物体和植物体中各种各样的细胞。随着观察的深入,新的问题也接踵而至:细胞与生物体的关系是怎样的?动物体和植物体细胞的一致性和差异性是怎样的?新细胞是如何产生的?生物体的生长和发育等生命活动与细胞有什么关系?这一系列问题吸引着人们进行更深入的探究,历时一百多年,终于作出了理论概括,形成了作为生物学重要基础的细胞学说。

细胞学说及其建立过程
细胞学说的建立者主要是两位德国科学家施莱登(M.J.Schleiden,1804-1881)和施旺(T. Schwann,1810—1882)。后人根据他们分别于1838年和1839年发表的研究结果进行整理并加以修正,综合为以下要点：
1.细胞是一个有机体,一切动植物都由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成；
2.细胞是一个相对独立的单位,既有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体生命起作用；
3.新细胞是由老细胞分裂产生的。
细胞学说的内容,现在看起来似乎是显而易见的,当时却经历了漫长而曲折的建立过程。
细胞学说揭示了动物和植物的统一性,从而阐明了生物界的统一性。就像原子论之于化学一样,细胞学说对于生物学的发展具有重大的意义。
细胞学说使人们认识到植物和动物有着共同的结构基础,从而在思想观念上打破了在植物学和动物学之间横亘已久的壁垒,也促使积累已久的解剖学、生理学、胚胎学等学科获得了共同的基础,这些学科的融通和统一催生了生物学的问世。
细胞学说中关于细胞是生命活动基本单位的观点,使人们认识到生物的生长、生殖、发育及各种生理现象的奥秘都需要到细胞中去寻找,生物学的研究随之由器官、组织水平进入细胞水平,并为后来进入分子水平打下基础。
细胞学说中细胞分裂产生新细胞的结论,不仅解释了个体发育,也为后来生物进化论的确立埋下了伏笔。新细胞由老细胞产生,老细胞由更老的细胞产生,如此上溯,现代生物的细胞都是远古生物细胞的后代,小小的细胞内部,凝聚着数十亿年基因的继承和改变。每个细胞,每个生物,都是历史的产物。被恩格斯列入19世纪自然科学三大发现的细胞学说和进化论,作为生物学大厦的基石,赋予生物学不同于其他自然科学的独特韵味。
学科交叉：与化学的联系：1803年,英国化学家道尔顿提出:物质是由不可再分的基本微粒——原子所组成的。原子也是化学作用的最小单位，在一切化学反应中保持不变。他的原子论为许多化学现象提供了清晰的理论解释,对化学的发展起到了奠基作用。
科学方法：归纳法：归纳法是指由一系列具体事实推出一般结论的思维方法。例如,从观察到植物的花粉、胚珠、柱头等的细胞都有细胞核,得出植物细胞都有细胞核这一结论,运用的就是归纳法。归纳法分为完全归纳法和不完全归纳法。根据部分植物细胞都有细胞核而得出植物细胞都有细胞核这一结论,实际上就是运用了不完全归纳法。如果观察了所有类型的植物细胞,并发现它们都有细胞核,才得出植物细胞都有细胞核的结论,就是完全归纳法。科学研究中经常运用不完全归纳法。由不完全归纳得出的结论很可能是可信的,因此可以用来预测和判断,不过,也需要注意存在例外的可能。

细胞是基本的生命系统
正如施旺所说:每个细胞都相对独立地生活着,但同时又从属于有机体的整体功能。单细胞生物能够独立完成生命活动,多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作,共同完成一系列复杂的生命活动。例如,缩手反射就是由一系列不同的细胞共同参与完成的比较复杂的生命活动。事实上,动植物以细胞代谢为基础的各种生理活动,以细胞增殖、分化为基础的生长发育,以细胞内基因的传递和变化为基础的遗传与变异,等等,都说明细胞是生命活动的基本单位,生命活动离不开细胞。（相关信息：系统是指彼此间相互作用、相互依赖的组分有规律地结合而形成的整体。比如,你的身体是由许多器官在结构上相互联系、在功能上相互配合而形成的整体,因此可以看作一个系统。）
小小的细胞为什么具有如此强大的功能呢?细胞虽小,但其结构却复杂而精巧。本书的后续章节将向你展示,细胞是一个由各种组分相互配合而组成的复杂的系统。细胞是有生命的,是一个生命系统。
在多细胞生物体内,细胞又是构成组织的组分,组织是构成器官的组分,器官是构成个体的组分。组织、器官、个体都是有生命活动的整体,因此是不同层次的生命系统。
在自然界,生物个体都不是单独存在的,而是与其他同种和不同种的个体以及无机环境相互依赖、相互影响的。在一定的空间范围内,同种生物的所有个体形成一个整体——种群,不同种群相互作用形成更大的整体——群落,群落与无机环境相互作用形成更大的整体——生态系统，地球上所有的生态系统相互关联构成更大的整体——生物圈。可见，自然界从生物个体到生物圈，可以看作各个层次的生命系统。（生命系统的结构层次模式：心肌细胞→心肌(肌肉组织)→心脏(器官)：构成心脏的组织有肌肉组织、神经组织、结缔组织等。→血液循环系统：血液循环系统由心脏、血管等器官组成。→大熊猫(个体)：熊猫的身体由循环、消化、运动、泌尿等系统组成。→种群、群落和生态系统。→生物圈 叶的表皮细胞→叶的保护组织：众多表皮细胞紧密排列、覆盖在叶片表面，形成叶片的上表皮和下表皮，起保护叶片内部其他组织的作用。→叶(器官)：构成叶的组织有保护组织、输导组织、营养组织等。→冷箭竹(个体)：叶与根、茎等器官共同构成冷箭竹个体。→种群、群落和生态系统。→生物圈 在一定的区域内,所有的大熊猫个体形成了一个种群，所有的冷箭竹也是一个种群;在同一区域内,大熊猫、冷箭竹和其他生物一起共同形成了一个群落；这个群落和它们所生活的无机环境相互关联,形成了一个统一的整体,这就是生态系统。）
审视各层次生命系统的关系,我们发现,无论从结构上还是功能上看,细胞这个生命系统都属于最基本的层次。各层次生命系统的形成、维持和运转都是以细胞为基础的,就连生态系统的能量流动和物质循环也不例外。因此,可以说细胞是基本的生命系统。本书将带你在这个生命系统中畅游,了解它的组成、运转和发展变化的规律。