Fiche explicative de la leçon: Théorie cellulaire Biologie • Première année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire les principes de la théorie cellulaire et à expliquer les contributions des scientifiques à son développement.

La théorie cellulaire est l’une des théories unificatrices en biologie. Les cellules sont aussi importantes pour la biologie que les atomes le sont pour la chimie ou que la gravité l’est pour la physique. Ce que nous appelons la « théorie cellulaire » est une théorie historique qui est universellement acceptée aujourd’hui. Elle repose sur trois principes, ou postulats, qui sont les suivants : 

1. Tous les êtres vivants sont composés d’au moins une cellule.
2. Les cellules sont l’unité de base de la vie.
3. Toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes.

Ce sont des affirmations que vous considérez aujourd’hui comme des faits avérés, mais avant le développement du microscope dans les années 1600, les scientifiques n’avaient aucun moyen de savoir de quoi étaient faits les êtres vivants. Voyons certains des scientifiques qui ont contribué aux travaux de la théorie cellulaire.

Le développement historique de la théorie cellulaire commence avec Robert Hooke, qui a inventé le terme « cellule » en 1665. Hooke était un scientifique et architecte anglais. Il a construit son propre microscope rudimentaire composé (un microscope à trois lentilles séquentielles), avec lequel il a fait plusieurs observations qu’il a publiées dans un livre intitulé « Micrographia ». Dans son livre, Hooke présente un dessin observé au microscope d’une très fine section d’un bouchon de liège utilisé pour fermer le goulot d’une bouteille. Le matériau était rempli de cavités délimitées et régulières qu’il a nommées « cellules », d’après le mot latin cellula qui signifie petite pièce. Le type de microscope utilisé par Hooke est illustré dans la figure 1.

Hooke a inventé le terme « cellule », mais il ne savait pas que les cellules étaient vivantes. Ce que Hooke a observé, ce sont les parois cellulaires de cellules végétales mortes contenues dans le morceau de liège séché, qui devaient ressembler à la figure 2. En fait, Hooke était un partisan de la théorie de la « génération spontanée » qui stipule que la vie apparait simplement lorsque certaines conditions sont réunies. La génération spontanée était une idée populaire à l’époque. Puisqu’il n'a pas identifié d'appareil reproducteur en observant des moisissures à l’aide de son microscope rudimentaire, il a conclu que la moisissure était née de la chaleur et de l'humidité.

L'étape suivante du développement de la théorie cellulaire a été la découverte de la nature vivante fondamentale des cellules. On la doit à Antoni van Leeuwenhoek, que l’on appelle souvent le « père de la microbiologie ». Antoni van Leeuwenhoek était un homme d’affaires, un politicien et un passionné de microscopes. Il a appris à fabriquer ses propres lentilles en verre et a construit un microscope simple, essentiellement composé d’une seule lentille de grossissement puissante, capable de grossir des objets à plus de 200 fois leur taille initiale. Ce microscope lui a permis de faire de nombreuses observations importantes, notamment sur des protozoaires d'eau douce qu'il a appelés « animalcules ». Il a également décrit pour la première fois des bactéries en observant la plaque dentaire de ses propres dents. Imaginez le choc à cette époque de découvrir que sa propre bouche était pleine de minuscules organismes ! 

Van Leeuwenhoek a publié la plupart de ses découvertes dans des lettres à la Royal Society of London. La société s’est en fait tournée vers le scientifique anglais Hooke pour confirmer les conclusions du naturaliste néerlandais, car Van Leeuwenhoek n’avait pas d’éducation formelle en sciences. Hooke a eu du mal à utiliser les microscopes simples, mais a réussi à reproduire le travail de Van Leeuwenhoek, ce qui a remonté son estime au sein de la communauté scientifique.

L’avancée majeure suivante de la théorie cellulaire est attribuée à Matthias Schleiden, dont les travaux sont souvent cités en collaboration avec Theodore Schwann. En fait, Schleiden et son ami proche Schwann sont souvent appelés les « fondateurs de la théorie cellulaire ». Matthias Schleiden était un botaniste allemand connu pour avoir étudié la structure des plantes au microscope. Dans un livre paru en 1838, il a déclaré que « toutes les plantes sont composées de cellules et de produits cellulaires ». Il a également noté l’importance du noyau, qu’il pensait essentiel à la production de nouvelles cellules, et a observé que de nouvelles cellules semblaient provenir du noyau d’anciennes cellules. La photographie ci-dessous est un microscope composé typique, construit au dix-neuvième siècle.

Schleiden a partagé ses observations sur les plantes avec son ami, Theodor Schwann. Vous connaissez certainement les cellules du système nerveux qui portent son nom, les cellules de Schwann. Schwann était un physiologiste allemand particulièrement intéressé par l’étude microscopique des tissus animaux. Ce domaine de recherche est appelé « histologie », et on peut dire que la théorie et les observations de Theodor Schwann ont fondé les bases de l’histologie moderne.

Schwann a reproduit les observations de Schleiden sur les plantes dans les tissus des animaux. Il a constaté que tous les tissus animaux étaient faits de cellules qui possédaient un noyau. Ces observations ont permis à Schwann, soutenu par Schleiden, de déclarer que « tous les êtres vivants sont composés de cellules et de produits cellulaires », qui est le fondement de la théorie cellulaire moderne. Il a fait trois autres déclarations concluantes : 

1. La cellule est l’unité structurale, fonctionnelle et d’organisation chez les êtres vivants.
2. La cellule est à la fois une entité distincte et un élément constitutif de la construction d’organismes.
3. Les cellules vivantes se forment de manière semblable à la formation de cristaux ; mais cette affirmation a plus tard été réfutée.

La dernière découverte dans notre chronologie de la théorie cellulaire, à savoir que toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes, est attribuée à un pathologiste et politicien allemand nommé Rudolf Virchow. Bien que popularisée par Virchow, l’affirmation « Omnis cellula e cellula », signifiant « toutes les cellules proviennent de cellules », a été établie par un scientifique français nommé François-Vincent Raspail. En fait, il s’est avéré que le premier scientifique à avoir découvert que l’origine des cellules est la division de cellules préexistantes est un Allemand nommé Robert Remak, dont les publications sont passées pratiquement inaperçues. Cette idée réfute le concept de génération spontanée qui était communément répandu à l’époque. Curieusement, Virchow, un scientifique spécialisé dans l’étude des maladies, était en désaccord avec la théorie des germes de plus en plus populaire, qui stipule que les maladies sont spécifiquement causées par certains micro-organismes envahissant l’organisme, et avec la pratique recommandée du lavage des mains. Il pensait que les maladies étaient induites par des déséquilibres et activités anormales au sein des cellules, et non par des agents pathogènes extérieurs. Il croyait également que les micro-organismes choisissaient simplement les tissus malades comme leur habitat naturel pour s’y installer. Une chronologie des principales découvertes du développement de la théorie cellulaire est illustrée dans la figure 5.

La théorie cellulaire est le fondement de la biologie moderne. Aujourd’hui, les trois principes de la théorie cellulaire sont considérés comme des faits scientifiques. Chacun de ces scientifiques, Hooke, Van Leeuwenhoek, Schleiden, Schwann et Virchow, ont apporté de nombreuses contributions précieuses à la biologie contemporaine en plus des contributions à la théorie cellulaire. Nous pouvons également voir que les microbiologistes modernes se sont appuyés sur ce travail, en utilisant ce que nous avons appris sur les cellules pour développer la théorie des germes, la théorie de l’évolution, l’embryologie moderne, et bien plus encore.

Résumons ce que nous avons appris sur la théorie cellulaire.