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Junto con su padre Hans, son considerados los inventores del primer microscopio compuesto alrededor de 1590,microscopio compuesto,utilizaba dos lentes para lograr la amplificación
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Robert Hooke empleó el término célula para denominar las cavidades que observó, con un microscopio, en cortes finos de corcho hechos con un cortaplumas.
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Descubrió el núcleo celular en 1831 al observar una estructura en las células de orquídea, observó una mancha oscura en el interior de las células vegetales y la denominó "núcleo".
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Propuso la teoría celular, que establece que todos los seres vivos están compuestos por células, amplió la teoría para incluir a los animales, demostrando que tanto las plantas como los animales están formados por células y sus productos, y que las células son las unidades elementales de estructura y función de todos los organismos. Lo hizo aplicando el uso de microscopios más avanzados para observar tejidos animales como el cartílago
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Propone que las células eucariotas complejas surgieron de la fusión simbiótica de varias células procariotas más simples. Según esta teoría, orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos se originaron a partir de procariotas que fueron engullidos por otra célula, en lugar de ser digeridos, y establecieron una relación simbiótica