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MICROSCOPE ET THÉORIE CELLULAIRE

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La notion de théorie cellulaire (le fait que les organismes vivants soient constituées de cellules) est une notion qui s’est construite au cours du temps. Sa construction a commencé au XVIIe siècle avec la construction des premiers microscopes. 

 

I. Invention du microscope optique et première observation de cellules

 

Il n’y a pas de consensus sur la date et la personne qui a inventé le premier microscope. Pour information Jansen serait un des concepteurs des premiers microscopes optiques (MO). Grâce à un jeu de lentilles convergentes, l'idée était de faire converger des photons sur un porte-objet sur lequel un objet était observé en le grossissant. On date l’invention du microscope optique à la fin du XVIe siècle (1595).

Le mot « cellule » est associé à Robert Hooke. En 1665, il a placé du liège sous un microscope et observé des petites structures semblables à des boîtes les unes à la suite des autres. Il a utilisé le terme « cellule », du latin cellula, la cellule des moines. Cela signifie qu’on a initialement considéré qu’une cellule était un espace fermé, avec très peu d’échanges avec l’extérieur. Or le vivant est défini par sa capacité de convertir des énergies, d’être traversé par des flux de matière, d’énergie, d’information. Il y a donc nécessairement un biais dans cette représentation initiale de la cellule : certes elle est délimitée par une membrane, mais va laisser passer un certain nombre d’informations : elle n’est pas fermée. Cette première observation de cellules au microscope optique participe cependant à l’un des grands axes de cette théorie cellulaire : Hooke commence à dire que les êtres vivants sont composés d’une ou plusieurs cellules.

 

II. La cellule comme unité structurale du vivant

 

Au XIXe siècle, Schwann travaille sur des cellules de chorde (tissu embryonnaire qui donne notamment le système nerveux), donc sur de l’animal, et communique beaucoup avec un botaniste, Schleiden, qui utilise également un microscope dans ses travaux pour observer des végétaux. Tous deux convergent vers une idée : une cellule présente une unité dans sa structure, elle possède un noyau.

À l’élément de la théorie cellulaire stipulant que tout être vivant est constitué de cellules s’ajoute que la cellule est l’unité structurale du vivant, qui compose tout être vivant ; aussi bien les végétaux que les animaux. Il s’agit d’un tournant important dans l’élaboration de cette théorie cellulaire.

 

III. La théorie démentie de génération spontanée

 

Les travaux de Pasteur reprennent une idée de Schwann et étudient la notion de générations spontanées. Pendant longtemps on pensait que les mouches qui arrivaient sur un cadavre en putréfaction naissaient spontanément. Pasteur teste par une expérience célèbre avec un col de cygne l’existence ou non de générations spontanées en chauffant un milieu riche en microorganismes et en empêchant l’air d’amener de nouveaux microorganismes dans le milieu. Par un jeu de témoins, il va prouver que l’air contient des microorganismes, qu’il n’y a pas de générations spontanées et que si un asticot se développe à un moment donné sur une viande, il n’est pas né de n’importe quoi : à un moment donné une mouche s’y est posée et a pondu des œufs.

C’est de nouveau un tournant important dans l’élaboration de la théorie cellulaire : c’est la fin de la croyance en la génération spontanée, toutes les cellules proviennent nécessairement de cellules préexistantes.

 

IV. L’avènement du microscope électronique

 

Au XXe siècle, dans les années 3190, un microscope plus puissant, au pouvoir de résolution plus important, est mis au point. Alors qu’avec un microscope optique on grossit jusqu’à 2 000 fois un objet, le microscope électronique à balayage peut grossir jusqu’à 100 000 fois un objet, et celui à transmission peut aller encore plus loin et grossir un objet jusqu’à plusieurs millions de fois. Il fonctionne par utilisation d’un faisceau d’électrons qui traverse l’objet, et n’est utilisable par conséquent que sur du tissu mort. Ernst Ruka en est l’un des concepteurs en 1932.

Le microscope électronique à balayage permet de visualiser la structure 3D de l’objet comme on peut le voir ci-dessous sur cette électronographie de cellule : on distingue le noyau par exemple.

MO

 

Le microscope électronique à transmission permet, lui, de distinguer jusqu’à la membrane de la cellule comme on peut le voir sur l’électronographie ci-dessous.

MO2

 

Ce niveau de résolution permettra notamment de comprendre l’ultrastructure de cette membrane, et de rompre définitivement avec l’idée de cellule du moine, de cellule fermée. Sa membrane est un élément semi-perméable qui va pouvoir laisser passer un certain nombre de substances, permettre aux cellules qu’elles soient au sein d’un organisme pluri ou unicellulaire de communiquer avec les autres. Car une définition de la vie est d’être entre autres capable d’échanger. L’avénement du microscope électronique est donc là encore un point important dans la mise au point de la théorie cellulaire.

En 1972, grâce entre autres à la microscopie électronique et aux expériences de cryofracture et cryodécapage, Singer et Nicholson vont proposer un modèle dit de la mosaïque fluide de la membrane plasmique. On est de nouveau dans lidée que la cellule est délimitée par une membrane semi-perméable.

 

V. La notion de LUCA

 

Dans l’avènement de cette théorie cellulaire pour soutenir l’idée qu’une cellule provient nécessairement de cellules préexistantes, on peut citer les travaux de Forterre. En 1996, il énonce la notion de Last Universal Common Ancestor, l’ancêtre commun universel de tous les organismes vivants, qui est fait nécessairement d’une cellule, avec une membrane cytoplasmique semi-perméable, et un génome (de l’ADN ou de l’ARN) contenu à l’intérieur de cet organisme, puisqu’une des particularités de la vie et d’être capable de se reproduire. Donc toutes les cellules proviennent des cellules préexistantes qui se sont multipliées.