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从1839年施莱登和施万的细胞学说问世以来，确立了细胞是多细胞生物结构和生命活动的基本单位。但是长期以来，细胞学的研究偏重在结构方面。此后，在相邻学科的进展的影响下，才逐渐地发展到其他方面。
20世纪50年代以来，关于细胞的超显微结构的研究，使人们对于光学显微镜下看不到的精细结构有了明确的认识。分子生物学、分子遗传学以原核生物为材料取得的成就，使人们了解到遗传密码、中心法则以及原核生物中基因表达的调节与控制等基本问题，这些都直接促进了细胞生物学的发展。
细胞生物学虽说是一个比较年轻的学科，从学术思想上却可以追溯到较早的年代。1863年德国胚胎学家鲁就阐述过关于遗传和发育的设想。他假定受精卵中包含着所有的遗传物质，后者在卵裂时不是平均地分配到子细胞中，这种不同质的分裂决定子细胞及其后代的命运。
德国动物学家魏斯曼发展了这种想法，提出了种质学说，认为裂球的不均等分裂导致了细胞的分化。虽然这些见解已证明是错误的，但可以看出细胞生物学所要解抉的问题在那时已被提出来了。
以后威尔逊1927年在他的《细胞—在发育和遗传中》的巨著中明确指出：细胞是生命活动的基本单位，发育和遗传这些生命现象应当在细胞上研究。1934年，美国遗传学家和胚胎学家摩尔根在遗传学取得巨大成就之后，在企图融合发育与遗传的《胚胎学与遗传学》一书中就曾设想通过细胞将胚胎各部分发育和进化的统一起来。
但在摩尔根的年代，由于细胞学和其他相邻学科还未发生密切的联系，或者说其他学科尚未能在细胞水平上开展关于发育和遗传的研究，所以细胞生物学只能在20世纪50年代之后，各方面的条件逐渐成熟了，才得以蓬勃发展。
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