La cellule, unité du vivant

Bienvenue dans ce parcours sur la cellule. Tout ce que tu étudieras ensuite en biologie, la génétique, la biochimie, la microbiologie ou la physiologie, repose sur elle. Dans cette première leçon, tu vas voir ce qu'est une cellule et pourquoi on dit qu'elle est l'unité du vivant. Tu vas aussi apprendre à manier les unités de mesure des biologistes, parce qu'une erreur d'unité fait vite passer une bactérie pour un éléphant. À la fin, tu dois pouvoir énoncer la théorie cellulaire et citer ce que toutes les cellules ont en commun, d'une bactérie du sol à un neurone.

Commence par une expérience que tu peux refaire. Prélève une goutte d'eau dans une mare, un bassin ou une boîte où des feuilles ont trempé quelques jours. Pose-la sur une lame, couvre-la d'une lamelle et regarde au microscope. Tu verras des êtres qui nagent, qui tournent sur eux-mêmes ou qui se coupent en deux. Beaucoup, comme la paramécie, sont faits d'une seule cellule : un seul compartiment qui mange, respire et se reproduit. Ton corps, lui, en compte plusieurs dizaines de milliers de milliards. Les estimations varient selon les méthodes, mais l'ordre de grandeur est celui-là.

Une devise latine résume toute la biologie cellulaire : omnis cellula e cellula, toute cellule vient d'une cellule. Le médecin allemand Rudolf Virchow l'a rendue célèbre en 1855, mais c'est le chimiste français François-Vincent Raspail qui l'avait formulée avant lui. Pour en arriver là, il a fallu deux siècles de lentilles. En 1665, Robert Hooke regarde une tranche de liège et y voit des loges vides qu'il appelle cellules, sans savoir qu'il n'observe que les parois de cellules mortes. Peu après, Antoni van Leeuwenhoek, un drapier hollandais qui taille lui-même ses loupes, découvre un monde vivant dans de l'eau croupie et jusque dans le tartre de ses propres dents. Il faut ensuite attendre 1838 et 1839 pour que deux Allemands, Matthias Schleiden et Theodor Schwann, proposent que plantes et animaux sont tous faits de cellules.

Pour retenir la théorie cellulaire, pose-toi trois questions : de quoi est fait le vivant, quelle est sa plus petite unité, d'où viennent les cellules. Composition : une bactérie compte une seule cellule, un baobab des milliards, mais aucun être vivant n'en est dépourvu. Fonctionnement : isolée, une mitochondrie ou une molécule d'ADN ne vit pas ; la cellule est le plus petit ensemble qui se nourrit, se répare et se reproduit seul. Origine : une cellule apparaît toujours par la division d'une cellule plus ancienne. Cette troisième idée a des conséquences pratiques. Une conserve bien stérilisée et bien fermée ne se remplit pas de microbes toute seule : ceux qu'on y trouve sont entrés ou ont survécu.

Les cellules se mesurent avec trois unités. Le millimètre, que tu connais. Le micromètre, noté µm, mille fois plus petit. Et le nanomètre, mille fois plus petit encore. Ton œil seul distingue des détails d'environ un dixième de millimètre, soit cent micromètres. C'est pour cela que la plupart des cellules restent invisibles sans instrument. Une bactérie mesure de un à quelques micromètres. Une levure de boulangerie, de cinq à dix. Un ribosome, quelques dizaines de nanomètres. Prends l'habitude d'écrire toujours l'unité à côté du nombre : quinze tout seul ne veut rien dire, quinze micromètres veut dire quelque chose.

Une bactérie de la mangrove, une levure et une cellule de ton foie se ressemblent peu. Compare-les pourtant à un atelier de couture de Dakar, et tu retrouves partout les mêmes pièces. Il y a des patrons : c'est l'ADN, qui garde le plan de chaque protéine. Il y a des machines : ce sont les ribosomes, qui suivent ces plans et assemblent les protéines. Il y a la salle où tout se passe : le cytoplasme, un milieu fait surtout d'eau et encombré de molécules. Et il y a les murs avec leur porte : la membrane plasmique, qui décide de ce qui entre et de ce qui sort. Une cellule possède ces quatre pièces au moins au début de sa vie : le globule rouge mûr, qui perd son ADN et ses ribosomes, est l'exception que tu retrouveras au module 7. Un virus, lui, n'a ni cytoplasme ni ribosomes : il dépend d'une cellule pour se multiplier.

Fais l'essai avec un verre de thé à la menthe : un morceau de sucre met du temps à fondre, la même quantité de sucre en poudre disparaît presque aussitôt. La poudre offre beaucoup plus de surface à l'eau. Une cellule vit le même problème : tout ce qu'elle reçoit ou rejette passe par sa surface, alors que tout ce qui consomme se trouve dans son volume. Or, quand le rayon d'une sphère est multiplié par dix, sa surface est multipliée par cent, mais son volume par mille. Une cellule de cinquante micromètres de rayon dispose donc, pour chaque micromètre cube de cytoplasme, de dix fois moins de membrane qu'une cellule de cinq micromètres. Les cellules s'en sortent de plusieurs façons : rester petites, comme les bactéries, s'étirer en longs fils minces, comme les neurones, ou hérisser leur surface de replis, comme les microvillosités de l'intestin.

Si on te demande demain ce qu'est une cellule, voici trois idées à donner. D'abord la théorie cellulaire : tout vivant est fait de cellules, la cellule est le plus petit ensemble qui vit, et toute cellule naît d'une cellule. Ensuite les unités : un millimètre fait mille micromètres, un micromètre fait mille nanomètres, et la plupart des cellules mesurent entre un et cent micromètres. Enfin les quatre pièces de tout atelier cellulaire, au moins au début de sa vie : l'ADN, les ribosomes, le cytoplasme et la membrane. Dans la leçon suivante, tu prends en main le microscope optique et ses colorants.