Des briques invisibles : à la découverte des cellules au microscope

Regarde ta main. Elle a l'air d'un seul bloc, lisse, continu. Pourtant, si tu pouvais zoomer mille fois, tu verrais qu'elle est construite comme un mur de briques : des milliards de petits compartiments collés les uns aux autres. Ces briques s'appellent des cellules, et tout ce qui est vivant en est fait : toi, ton chat, la salade, la levure du pain, et même la bactérie qui te donne mal au ventre. Dans ce cours, tu vas apprendre à les voir, à les dessiner comme un scientifique, et à comprendre pourquoi on dit que la cellule est l'unité de base du vivant.

1. Trop petites pour l'œil, visibles au microscope

Une cellule humaine mesure en général entre 10 et 30 micromètres. Un micromètre, c'est un millième de millimètre : dans l'épaisseur d'une feuille de papier (0,1 mm), on pourrait empiler quatre ou cinq cellules. L'œil ne distingue pas des objets si petits. Il faut un microscope, qui agrandit l'image grâce à deux lentilles : l'oculaire (où l'on pose l'œil, souvent × 10) et l'objectif (près de l'objet, × 4, × 10 ou × 40). Le grossissement total est le produit des deux : oculaire × 10 et objectif × 40 donnent un grossissement de 400.

Pour observer, on prépare une lame : un fragment très fin de l'objet, posé dans une goutte d'eau sur une lame de verre, recouvert d'une lamelle. Le fragment doit être fin pour que la lumière le traverse. On ajoute souvent un colorant (bleu de méthylène, eau iodée) pour mieux voir les structures transparentes.

Exemple travaillé : l'épiderme d'oignon. Coupe un oignon, détache une écaille, et retire avec une pince la pellicule transparente collée sur sa face interne. Pose-la bien à plat dans une goutte d'eau, ajoute une goutte d'eau iodée (en pharmacie) si tu en as, couvre d'une lamelle. Au grossissement 100, on voit des cases allongées bien rangées, comme des briques ; au grossissement 400, un petit point sombre apparaît dans chaque case : le noyau. Sans microscope, une bonne loupe montre déjà le quadrillage sur de l'épiderme coloré.

2. Ce qu'il y a dans une cellule

Toutes les cellules ont une organisation commune :

• une membrane, enveloppe très fine qui délimite la cellule et contrôle ce qui entre et sort ;
• le cytoplasme, substance gélatineuse qui remplit l'intérieur et où se déroulent les réactions chimiques de la vie ;
• un noyau (dans les cellules animales, végétales et des champignons), qui contient l'information génétique, le « mode d'emploi » de la cellule.

Les cellules végétales ont en plus une paroi rigide autour de la membrane (c'est elle qui donne aux cases d'oignon leurs angles nets) et, dans les parties vertes, des chloroplastes qui captent la lumière. Les bactéries, elles, n'ont pas de noyau : leur information génétique flotte dans le cytoplasme. Elles sont aussi beaucoup plus petites, environ 1 micromètre.

3. Un seul être vivant, une ou des milliards de cellules

Un être unicellulaire est constitué d'une seule cellule qui fait tout : se nourrir, respirer, se déplacer, se reproduire. La levure de boulanger est un champignon unicellulaire ; la paramécie, visible dans l'eau d'une mare, est une cellule couverte de cils qui nage ; les bactéries sont unicellulaires.

Exemple travaillé : la levure. Mets une cuillère de levure de boulanger dans un verre d'eau tiède avec une cuillère de sucre. En quinze minutes, de la mousse apparaît : les levures se nourrissent du sucre et rejettent du gaz. Une goutte de ce mélange au microscope montre de petites sphères, certaines avec un bourgeon sur le côté : c'est une levure en train de se diviser pour en donner deux. Un être vivant complet, dans une seule cellule.

Un être pluricellulaire est fait d'un très grand nombre de cellules qui coopèrent et se spécialisent. Ton corps en compte environ 30 000 milliards : cellules musculaires allongées qui se contractent, globules rouges en forme de disque qui transportent le dioxygène, neurones à longs prolongements, cellules de la peau aplaties. Des cellules semblables forment un tissu, plusieurs tissus forment un organe, et les organes forment l'organisme. Chaque cellule, pourtant, reste vivante à part entière : elle se nourrit, respire et, pour beaucoup, se divise.

C'est cela, la théorie cellulaire, énoncée au XIXᵉ siècle : tout être vivant est fait d'une ou plusieurs cellules, la cellule est la plus petite unité vivante, et toute cellule provient d'une autre cellule par division.

4. Le dessin d'observation : les règles du jeu

Un scientifique ne photographie pas seulement, il dessine, car le dessin oblige à regarder vraiment. Voici les règles pour un dessin d'observation réussi :

1. au crayon à papier bien taillé, trait fin et net, sans ombres ni coloriage ;
2. le dessin est grand, centré sur la feuille, il reproduit fidèlement les formes et les proportions, sans inventer ;
3. les légendes sont écrites à l'horizontale, reliées à la structure par des traits de rappel tracés à la règle, qui ne se croisent jamais ;
4. un titre complet au-dessous : « Dessin d'observation de cellules d'épiderme d'oignon » ;
5. le grossissement utilisé est indiqué (par exemple × 400).

Dessine deux ou trois cellules bien visibles plutôt que tout le champ du microscope. Mieux vaut un dessin simple et exact qu'un dessin joli et faux.

À retenir

• Tous les êtres vivants sont faits de cellules ; la cellule est l'unité de base du vivant.
• Une cellule a une membrane, un cytoplasme et, sauf chez les bactéries, un noyau ; la cellule végétale a en plus une paroi et souvent des chloroplastes.
• Unicellulaire = une seule cellule (levure, paramécie, bactérie) ; pluricellulaire = des milliards de cellules spécialisées (toi, un chêne).
• Grossissement du microscope = oculaire × objectif.
• Dessin d'observation : crayon à papier, grand et fidèle, légendes horizontales avec traits à la règle, titre et grossissement.

★ Pour aller plus loin

En 1665, le savant anglais Robert Hooke observe une fine tranche de liège au microscope et voit de petites cases vides. Elles lui rappellent les cellules des moines dans un monastère : il invente le mot « cellule ». Il ne voyait en réalité que les parois de cellules mortes ! Quelques années plus tard, le Hollandais Antoni van Leeuwenhoek, avec des microscopes qu'il fabriquait lui-même, est le premier à voir des bactéries, qu'il appelle « animalcules ».

La plus grande cellule que tu puisses tenir dans la main est un œuf d'autruche : le jaune est une seule cellule géante. À l'inverse, certains neurones de ton corps partent du bas de la colonne vertébrale et vont jusqu'au bout du pied : une cellule d'un mètre de long, mais si fine qu'elle reste invisible.

Les microscopes électroniques modernes n'utilisent plus la lumière mais un faisceau d'électrons, et grossissent jusqu'à un million de fois : on y distingue l'intérieur des cellules, et même des virus, dix à cent fois plus petits qu'une bactérie.

Sources pour creuser

• Livre : Il était une fois... la vie, d'Albert Barillé, où chaque personnage est une cellule du corps.
• Livre : Copain des sciences, de Robert Pince (Milan), avec des expériences de microscopie à faire chez soi.
• YouTube : chaîne C'est pas sorcier, cherche « la cellule » et « les microbes ».
• YouTube : chaîne DirtyBiology (Léo Grasset), pour des vidéos vivantes sur le fonctionnement du vivant.
• Vidéo : la série animée Il était une fois... la vie, épisode « La cellule », disponible en DVD et souvent en ligne.
• lumni.fr : rubrique Collège, SVT, « La cellule, unité du vivant ».