Store opdagelser: Cellelæren – alt levende består af celler

Tre videnskabsmænd fra vidt forskellige områder af biologien, inden for 1855 til 1860 udgav alle banebrydende værker, hvor de argumenterede for livets uophørlige kontinuitet. Livet, påpegede de, udgør et kontinuum, som videreføres fra celle til celle, fra organisme til organisme og fra art til art.

Den første af de tre herrer var den tyske læge og politiker Rudolph Virchow (1821-1902), der i 1855 fremsatte cellelærens grundlæggende teori, nemlig at enhver celle i alt levende – mikroorganismer, planter, dyr og mennesker – dannes ved deling af andre celler.

Fire år senere udgav naturforskeren Charles Darwin (1809-1882) Origin of Species, hvori han foreslog, at enhver art på lignende vis nedstammer fra forældrearter.

Og i 1860 forklarede kemikeren Louis Pasteur (1822-1895), at liv ikke kan opstå spontant i naturen, men at en organisme altid dannes af andre organismer.

Alle tre teorier bidrog afgørende til den ikke mindre end revolutionerende naturlov, nemlig at dyre- og plantelivet er produktet af en ubrudt kæde af livsformer, som har udviklet sig i løbet af Jordens historie.

Fra befrugtet æg til kompliceret biologisk væsen

Men hvad er en levende organisme? Hvordan kan et befrugtet æg på 0,1 milimeter udvikle sig til et kompliceret biologisk væsen, der kan løbe omkring og interagere intelligent i en kompliceret verden?

I begyndelsen af 1800-tallet var videnskabens svar på disse grundspørgsmål afvæbnende – fysikken og kemien rakte ikke til at forklare, hvad liv er for noget. På den tid opfattede de fleste videnskabsmænd planterne, dyrene og mennesket som en del af Guds skaberværk.

Der måtte være en 'styrende Forstandskraft', der med 'kyndig Haand' deltog i den biologiske skabelsesproces, som den danske naturforsker og læge Daniel Eschricht (1798‑1863) formulerede det i Haandbog i Physiologien fra 1834-46.

Besjæling af naturen var karakteristisk for Ørsted

Denne besjæling af naturen er også karakteristisk for H.C. Ørsteds opfattelse af naturen.

Vi skal tilbage til 1600-tallet for at finde de tidligste observationer af celler. Her kunne den hollandske manufakturhandler og videnskabsmand Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) i 1670'erne på baggrund af forstørrelser x 200 beskrive et helt ukendt mylder af mikroliv i for eksempel vandpytter, sæd og menneskets mundhule.

Rygtet om hans enestående iagttagelser gik verden rundt, og selv zar Peter den Store besøgte ham.

Også videnskabsmændene i Royal Society i London var imponerede, selv om naturfilosoffen Robert Hooke (1635-1703) allerede i 1665 havde meddelt, at planter indeholdt bittesmå og besynderlige blærer, som kunne være omgivet af tykke vægge.

Han brugte som den første ordet 'celle', der dengang blot betød et hulrum i et afgrænset område. Cellerne blev yderligere opfattet som kun én af mange bestanddele i planter.

Oken foreslog at liv opstod i primitiv væske og dernæst samlede sig

1800-tallets forestilling om, at alle levende organismer, det vil sige både planter og dyr, er opbygget af et biologisk grundelement, var langt mere vidtrækkende, men byggede videre på iagttagelserne 150 år tidligere.

I 1805 foreslog den tyske naturfilosof Lorenz Oken (1779-1851) således, at alt liv opstår i en primitiv væske, hvori der først dannede sig 'infusoria' eller 'urdyr', som han så som livets mindste bestanddele, og som altså kunne samle sig til mere komplekse former.

Okens tidlige celleteori var spekulativ, ligesom Eschrichts idéer om, at det levende var besjælet med en 'styrende Forstandskraft', men det skyldtes til dels, at mikroskopi længe havde haft lav status i naturforskningen.

I begyndelsen af 1800-tallet så flere videnskabsmænd, blandt andet den indflydelsesrige medicinske professor Ole Bang (1788-1877), mikroskopet som et voksenlegetøj, der ikke kunne tages alvorligt.

Problemet var brydningsfejl i linserne, der forvrængede de sete strukturer i en sådan grad, at flere naturforskere mente, det levende var bygget af runde kuglelignende former. Brydningsfejlen betød for eksempel, at videnskabsmænd i mere end hundrede år mente, at røde blodlegemer var kugleformede og ikke flade.

Nyt linsesystem korrigerer de værste brydningsfejl

Omkring 1830 fik man et nyt linsesystem, og det var et vendepunkt for mikroskopien og naturforskningen.

Pludselig kunne de værste brydningsfejl korrigeres, og videnskabsmænd begyndte for alvor at studere dyrenes, menneskets og planternes hidtil næsten usynlige strukturer.

På det tidspunkt blev Berlins Universitet centrum for et rigt forskningsmiljø, hvor lægen Johannes Müller (1801-1858) førte an med et moderne laboratorium og øvelser i mikroskopi.

Fra dette miljø kom i 1838 botanikeren Jacob Schleidens (1804-1881) banebrydende artikel 'Beiträgen zur Phytogenesis' ('Bidrag til planternes oprindelse og udvikling'), hvori han påviste, at alle planters byggesten er den levende celle.

Schwann og Schleiden mente, at celler kunne dannes spontant i en såkaldt modervæske

Året efter udgav hans ven lægen Theodor Schwann (1810-1882) bogen Mikroskopischen Untersuchungen (Mikroskopiske undersøgelser), hvori han beskrev mikroskopiske undersøgelser af et overvældende forskelligartet materiale blandt andet haletudser, hestehov, fuglefjer, brusk, knogle, tænder, muskler, nerver og fedtvæv.

Her præsenterede Schwann også sit egentlige ærinde, nemlig tesen om, at ikke kun planter, men alt levende er opbygget af celler.

Både Schwann og Schleiden mente også, at celler kunne dannes spontant som en kemisk proces i en såkaldt modervæske (blastema), når de rette kemiske omstændigheder var til stede.

Begge ønskede at distancere sig fra naturfilosofien og dens besjæling af det levende og påpegede derfor, at det levende var regeret af fysikken og kemiens kræfter og ikke en af immateriel kraft, der skabte planter og dyrs form.

Deres sensationelle observationer gjorde mikroskopet populært, mens deres teori om cellers spontane opståen blev ivrigt debatteret i de følgende årtier, bl.a. fordi andre naturforskere observerede, at celler kunne dannes ud fra allerede eksisterende celler.

Alle celler stammer fra celler

Den yngre Rudolph Virchow blev også en del af det kreative berlinske laboratoriemiljø, og i 1855 modificerede han afgørende celleteorien med artiklen 'Cellular-Pathologie' og den korte læresætning omnis cellula e cellula, det vil sige 'alle celler stammer fra celler'.

Artiklen var et opgør med Schleiden og Schwanns kemiske teori om celledannelse. I 1858 udkom Virchows hovedværk Die Cellularpathologie, hvori han ikke blot gennemgik menneskekroppens organer og væv, men også argumenterede for, at al sygdom opstod i cellerne.

Også dette var epokegørende nytænkning.

Hannover benyttede sig af mikroskopet til diagnostisk lægearbejde

Cellelæren revolutionerede medicinen, blandt andet udforskningen af kræft, hvor man opdagede kræftcellerne.

Her var den danske læge Adolph Hannover (1814-1894) pionér, og han beskrev omkring 1850 en særlig svulstgruppe, det såkaldte epitheliom, som ses i huden og på slimhinderne.

Hannover, som også besøgte Müllers laboratorium, var den første danske læge, der allerede i 1840'erne brugte mikroskopet i sit diagnostiske lægearbejde.

Alle kroppens funktioner involverer kroppens celler

Virchows påvisning af sygdom som en forstyrrelse af cellernes normale funktion var et opgør med den hidtidige sygdomstænkning, som opfattede sygdom som en ubalance i kroppens vitale kræfter og væsker.

Virchows cellelære pegede på, at alle kroppens funktioner involverer kroppens celler, hvad enten det drejer sig om muskler (opbygget af celler, som kan trække sig sammen), nerveimpulser (som løber i lange nerveceller fra rygmarv til muskler), spyt (hvis væske kommer fra kirtelceller) eller hormoner (som udskilles af hormonproducerende celler).

Derfor blev lægevidenskaben stærkt optaget af, hvordan kroppens celler påvirkes, når kroppen bliver syg, fordi det gav indsigt i sygdomsmekanismer og efterhånden førte til gennembrud i behandlingen af sygdomme.

Først i 1882 kunne mitose beskrives

Cellelæren var frugten af en kollektiv indsats, som langsomt skabte en faglig tradition og et fagligt fundament for cellebiologi.

Tusindvis af strukturer skulle navngives for at udvikle et videnskabeligt sprog for de mange væv, som åbenbarede sig i mikroskopets øje, og som blev til mikroskopiske atlas over planter, dyr og mennesker. Det tog tid – akkurat som det tog tid at beskrive kroppens anatomi og kortlægge jordens geografi.

Studiet af cellekernen på 0,005 milimeter var for eksempel længe en teknisk udfordring, fordi lysmikroskopet satte begrænsninger for, hvor meget man kunne se.

Først i 1882 kunne den tyske læge Walther Fleming (1843-1905) beskrive den såkaldte 'mitose', den forunderlige celledelingsproces, hvor kromosomerne, der findes i alle celler, fordobles i cellekernen, arrangeres i dens midte og derefter spaltes så to celler opstår.

Cellelæren er en del af den medicinske dagligdag

Alt levende består af celler – fra encellede bakterier til enorme pattedyr med billioner af celler.

Cellerne er gådefulde forskningsobjekter og vigtige informationskilder. Derfor er det ikke så underligt, at den moderne biologi og biomedicin endnu i dag er i fuld gang med at udforske dem.

I tusindvis af laboratorier undersøges stamceller, DNA, membranmolekyler og cellens eget stofskifte. Forskning i plante- og dyrearters DNA bidrager med ny viden om evolutionen på jorden.

Cellelæren er også blevet en del af den medicinske dagligdag og har for eksempel stor betydning i fosterdiagnostikken, hvor kromosomfejl og alvorlige sygdomme som Downs syndrom kan spores tidligt i graviditeten.