La théorie cellulaireUn concept solide de la biologie

Zaccharias JANSENLe tout premier microscope a été créé en 1595, à l’époque du roi Henri IV.

C’est Zacharias Janssen, un fabricant de lunettes hollandais, qui aurait eu l’idée de superposer deux verres de lentille (les lunettes de l’époque) dans des tubes coulissants, afin de grossir de très petites choses.

D’après http://sciencejunior.fr

On attribue à Zacharias Janssen la paternité du microscope. Pourtant, il semble en réalité que ce dernier n'en ait jamais revendiqué l'invention, mais que ce sont des proches qui, à sa mort, ont souhaité voir son œuvre reconnue. Que Zacharias Janssen ait ou non inventé le microscope, son nom reste attaché à cet outil optique qui, encore utilisé aujourd'hui, a conduit la science à faire d'énormes avancées.

d’après https://www.futura-sciences.com

POLÉMIQUE :

Robert HOOKEC'est Robert Hooke (1635-1703) qui découvrit la cellule, en 1665, au moyen d'un microscope rudimentaire. Ce savant anglais, observant un morceau de liège, observa des cavités délimitées par des parois de cellulose et de suber. Dans son ouvrage intitulé "Micrographia", daté de 1667, il nomma "cellules" les plus petites unités structurelles de la vie. La découverte de Hooke marqua le début de la théorie cellulaire, selon laquelle tous les êtres vivants sont formés de cellules.

D’après http://www.snv.jussieu.fr

« J’ai pris un beau morceau de liège clair que j’ai coupé en un fragment extrêmement fin avec un couteau aiguisé comme un rasoir. […] Je l’ai posé sur un porte objet noir. J’ai projeté de la lumière sur ce fragment à l’aide d’un verre plan-convexe épais et j’ai pu voir avec une netteté extrême que ce fragment était perforé et poreux, ressemblant à un nid d’abeilles, mais ces pores n’étaient pas réguliers. Ces pores, ou cellules, n’étaient pas très profonds, mais consistaient en un grand nombre de petites boîtes disposées en files. » Robert Hooke

D’après le livre scolaire 1ère Enseignement scientifique

Antoni van Leeuwenhoek

Il développe la technique pour fabriquer des lentilles de microscope d'une qualité et d'une puissance inconnues ailleurs dans le monde scientifique de son époque. Dès 1674, il en tire de nombreuses et étonnantes observations — découverte des protozoaires, des spermatozoïdes — très en avance sur son temps.

D’après Wikipédia

En 1837, Matthias Jakob Schleiden, découvre que des structures semblables aux cellules décrites par Robert Hooke sont présentes dans tous les tissus végétaux qu’il examine.

Lors d’un déjeuner, Matthias Jakob Schleiden fait part de son constat à Theodor Schwann qui a lui même observé ce type de structures dans des tissus animaux. Ce dernier comprend alors l’importance de relier ces observations et écrit le célèbre manuscrit « Recherches microscopiques sur la similarité de structure et de développement des cellules animales et végétales » en 1839.

La théorie cellulaire était née. La cellule devint dès lors l’unité de base en biologie. « Avec cette théorie qui amorce l’idée que l’origine cellulaire est commune à tout ce qui vit, Theodor Schwann combat le vitalisme, une théorie communément acceptée à ce moment-là ». Selon le vitalisme, la vie apparaît grâce à une force ou une énergie qu’on ne connaît pas mais qui anime le monde du vivant.

Theodor Schwann dira que « c’est la cellule qui est à l’origine de la vie ».Il recevra la médaille Copley en 1845 pour ces travaux. Cette récompense attribuée par la Royal Society de Londres est, à cette époque, la plus prestigieuse au Royaume-Uni.

D’après : Université de Liège

Theodor Schwann et Matthias Schleiden

Theodor SchwannMatthias Schleiden

Extrait d’une planche d’observation de Theodor Schwann publiée dans Mikroskopische Untersuchungen (Examens microscopiques) en 1839

Rudolph VIRCHOW

En 1855, il formule le second axiome de la théorie cellulaire : toute cellule provient d'une autre cellule. Malgré de nombreuses expériences venant démentir la théorie de la génération spontanée, la controverse entre philosophes et savants se poursuit durant la deuxième moitié du XIXè siècle.

D’après http://www.snv.jussieu.fr

axiome = Énoncé indiscuté, admis comme base d'une construction intellectuelle, sociale, morale, etc. ; vérité admise par tous sans discussion

D’après Larousse

Louis PASTEURDepuis Aristote, on pensait que les organismes pouvaient se reproduire de manière spontanée. De la matière vivante pouvaient découler d'un organisme mort. Félix Archimède Pouchet, un médecin biologiste français soutenait encore cette théorie en 1858.

En 1861, Louis PASTEUR réfute la génération spontanée par une expérience sans appel. Les microorganismes ne naissent pas spontanément dans un liquide mais se développent à partir de microorganismes dans l’air.

Walther FLEMMING

Walther Flemming est l'un des premiers à consacrer son temps à la cytologie (étude de la cellule) et entre autre à l’étude des chromosomes.

En 1882, il conclut que le noyau des cellules filles provient de la cellule mère !

Le microscope électroniqueLe premier prototype fut construit en 1933 par les ingénieurs allemands Ernst Ruska et Max Knoll et pouvait détecter des objets de 50 nm. Il était énorme, il fallait une pièce entière pour le faire rentrer.

A l’université de Toronto, en 1938, Eli Burton et ses étudiants construisirent le premier Microscope électronique vraiment à haute résolution. Malheureusement la seconde guerre mondiale a ralenti les progrès suivants, mais 20 ans après la guerre, la résolution du microscope électronique était déjà de 1nm.

Les structures internes de la cellule sont révélées et le dernier aspect de la définition de cellule prends corps : le côté fonctionnel ! La théorie cellulaire prend toute sa

dimension…

Principe du Microscope optique comparé au microscope électronique à transmission

Grossissement max : X 1600

Grossissement max : X 150000

Polychrome

Monochrome

L’objet est traversé

MO

MET

Le microscope électronique à Balayage

L’objet n’est pas traversé, il est vu en relief

MEB

Grossissement max : X 30000

Les échelles

Grossissements

1 cm 1 mm 100 µm 10 µm 1 µm 100 nm 10 nm 1 nm 0,1 nm

Objets visibles à l’oeil nu

Objets visibles au microscope

optique

Objets visibles au microscope

électronique

Cellule végétale

Cellule animale

Bactéries et

organites Virus ProtéinePetites

molécules Atome

Tissus

J. B

oscq

10-2 m 10-3 m 10-4 m 10-5 m 10-6 m 10-7 m 10-8 m 10-9 m 10-10 m

Pour aller plus loin

Principe du Microscope à fluorescenceLe microscope fluorescent est un exemple de microscope optique spécialisé particulièrement efficace pour l’étude de tissus vivants. Le spécimen est traité avec un colorant fluorescent qui se fixe à des molécules précises (immunofluorescence). Il est ensuite éclairé avec une lumière ultraviolette, qui fait apparaître le colorant. Utilisé depuis peu, il constitue aujourd’hui un outil couramment utilisé dans les publications de recherche, car il met en évidence la molécule que l’on cherche à tracer, et donc le fonctionnement moléculaire. Cette technique est clairement issue de la découverte des protéines fluorescentes (GFP de la méduse) dans les années 1960 par Osamu SHIMOMURA.

L ' i m m u n o f l u o r e s c e n c e e s t u n e t e c h n i q u e d'immunomarquage, qui utilise des anticorps ainsi que des fluorochromes. L'immunofluorescence permet de révéler une protéine spécifique directement dans la cellule, par émission de fluorescence, et découle directement de la découverte d’Osamu SHIMOMURA

Prix Nobel de Chimie 2008

Exemple d’image obtenue en immunofluorescence

• Gyrus denté de l'hippocampe

• Légende  : Immunofluorescence sur coupe de cerveau de souris KO STOP adulte. Les cellules rouges correspondent aux astrocytes. Les cellules vertes correspondent aux neurones granulaires du Gyrus denté de l ' h i p p o c a m p e c a p a b l e s d ' e x p r i m e r l a p r o t é i n e microtubulaire MAP6. Analyse par microcopie confocale. Fluorochrome rouge: détection de la protéine astrocytaire GFAP; fluorochrome ver t : détection de la protéine LacZ; fluorochrome bleu Majorelle: d é t e c t i o n d e s n o y a u x cellulaires.

• D’après INSERM

En 2007, des chercheurs de l’université d’Harvard (Jeff W. Lichtman and Joshua R. Sanes) ont été encore plus loin : ils ont développé une nouvelle technique génétique utilisant plusieurs couleurs distinctes afin d’étiqueter les neurones de façon individuelle. Cette technique, appelée «Brainbow», utilise des combinaisons de 4 molécules fluorescentes de différentes couleurs permettant d’obtenir une palette d’environ 100 étiquettes.

Ce système  facilite notamment l’étude de l’interaction entre neurones sans toutefois permettre de visualiser en les distinguant les multiples neurones composant un circuit neuronal.

BRAINBOW

D’après https://lejournal.cnrs.fr

Principe du Microscope à effet tunnelLe microscope à effet tunnel, inventé en 1981. est un microscope à champ proche qui repose sur « l'effet tunnel », un phénomène relevant de la mécanique quantique. ... C'est l'effet tunnel qui permet le passage d'électrons entre la surface de l'objet et la pointe. Quand celle-ci est plus proche d'un relief, le courant augmente.

D’après wikipédia

Impuretés de zinc (taches rouges) sous une surface d'arséniure de gallium. Chaque petite tache bleue représente un atome de cette surface. La photo a été obtenue par microscopie à effet tunnel (STM) à 5K (basse température). Ce microscope fut inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer

D’après http://numericle91.fr/uploads/resources/ImagerieScientifique/ImagerieScientifique.html

Principe : Photographie :

Découvert par le duo de chercheurs, l'Allemand Gerd Binnig et le Suisse Heinrich Rohrer