De la théorie à la biologie cellulaire

Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene
Faculté des Sciences Biologiques
Sciences de la Nature et de la Vie
HUSB
(Histoire Universelle des Sciences Biologiques)
(2014(2014
-2015)
GACEBGACEB
-TERRAK R.
De la Théorie à la
Biologie Cellulaire
I. Le
ème
17
siècle:
Epoque de description des
observations microscopiques
Fin du 16 siècle
- Invention du microscope composé en
1590, formé de trois tubes coulissants.
- Hans Janssen et son
fils Zacharias (fabricants
de lunettes, Hollandais).
En associant plusieurs lentilles pour observer le paysage
à travers les vitres des fenêtres de leur atelier.
1632: Invention du microscope optique
-Antoni Van Leeuwenhoek (1632-1723), naturaliste
Hollandais et marchand d’étoffes, connu comme
étant le père du microscope optique.
- Il développa la conception du microscope.
Il fabriqua ses propres microscopes, constitués chacun
d’une petite plaque de métal portant une lentille simple
extrêmement convexe qui permettait d’observer l’objet
monté sur une pointe très fine.
Grossissement: X 266 et limite de résolution: 1,35µm
-Il fabriqua: 247 modèles de microscopes optiques
et 419 types de lentilles
- L’objet est fixé sur une pointe pouvant être
déplacée dans son plan en translation et rotation et le
long de l’axe pour faire la mise au point.
Van Leeuwenhoek (apiculteur
amateur), l’idée lui est venue
après avoir placé l’œil derrière
une goutte de miel enfermée
dans une alvéole de cire.
- En 1680 Antoni Van Leeuwenhoek a fait les
premières observations en microscopie optique
avec un grossissement de 300 fois environ.
- Il publie ses lettres et ses dessins de
bactéries, protozoaires, spermatozoïdes,
globules rouges et autres dans la revue
Philosophical Transactions of Royal Society.
Dessins de spermatozoïdes réalisés
par Leeuwenhoek.
- Avant Leeuwenhoeck, les colonies bactériennes et
les moisissures sont nommés « animalcules », on ne
les considérait pas comme des organismes vivants.
- C’est Antoni Van Leeuwenhoek en 1676, en les
observant au microscope optique, qui leur donne le
nom de micro-organismes.
1676: Antoni Leeuwenhoek
microorganismes unicellulaires
1665::1ères observations de cellules vivantes
1665
- Robert Hooke (1635-1703), peintre et
physicien Anglais, s’intéresse en 1663 à la
microscopie
photonique
en
décrivant
l’aiguillon de l’abeille.
- On lui doit l’invention des
coupes fines pour l’observation
en microscopie photonique.
Robert Hooke inventa pour la 1ère fois en 1665 le
terme « cellule », qui veut dire petite chambre;
suite à ses observations de fragments de liège.
Microscopie photonique
Robert Hooke.
Structure microscopique d'une coupe de liège dessinée par
Robert Hooke et publiée en 1665 dans son traité
"Micrographia".
- Sa contribution la plus
importante fut la publication
en 1664 de son livre
Micrographia.
- C’est une collection de
dessins d’objets observés
au microscope photonique.
- C’est ce qui a rendu le
microscope populaire.
Micrographia of Some Physiological Description of
Minute Bodies Made by Magnifying Glasses.
II. Le
ème
18
siècle:
Epoque de transition
1751:: Des globules animaux
1751
• Felice Fontana (1730
(1730--1805), biologiste
et physiologiste Italien
Italien..
• Il a travaillé sur le venin
de vipère et le mucus des
poissons et des batraciens
batraciens..
• 1751
1751:: Felice Fontana a fait les 1ères
observations du noyau dans le mucus d’une
anguille.. Qu’il a appelé globule animal ou
anguille
globule sphérique.
sphérique.
« Voit le noyau sans y attacher d’importance. »
18ème siècle
siècle:: Aucune avancée significative
• dans la conception de microscopes à
meilleure résolution,
• dans les techniques de la microscopie,
• Altération rapide des préparations de
tissus qui a conduit à une absence de
reproductibilité..
reproductibilité
III. Le
ème
19
siècle:
L’âge d’or de la Biologie Cellulaire
1.D’une gelée vers
le cytoplasme!
1809:: vers la théorie du protoplasme
1809
Charles François Brisseau de Mirbel (1776
(1776-1854), botaniste Français. Ses publications lui
permettent d’être considérer comme le père
végétale.
de la Cytologie et de la Physiologie végétale.
1802-1806: Histoire naturelle, générale et
particulière des plantes
1809: Exposition de la théorie de l'organisation
végétale
1813:Traité d'anatomie et de physiologie végétale
1815: Éléments de physiologie végétale et de
botanique
• Il travaille sur des tissus végétaux
et en conclut que la matière vivante
est une gelée.
gelée.
• Ces unités (cellules) sont autant
d’individus vivants jouissant chacun
de la propriété de
de::
- croître
croître,,
- se multiplier
multiplier,,
- se modifier (dans certaines limites).
1846:: Le Protoplasme
1846
• Félix
Dujardin
(1801
1801--1860
1860)),
biologiste
français.. Devient célèbre grâce à ses
français
travaux sur les protozoaires, qui formeront
parasitologie..
plus tard la base de la parasitologie
• Il étudie les Foraminifères
qu’il identifie pour la 1ère
fois comme des organismes
unicellulaires..
unicellulaires
Foraminifères
Foraminifères: protozoaires marins dont la
Foraminifères:
cellule est entourée d'une capsule calcaire, dite
test, perforée de minuscules orifices.
orifices.
- Au centre de ces organismes, il
observe une gelée à qui il donne le nom
de sarcode
sarcode.. Ce dernier sera remplacé
en 1846 par le terme de protoplasme.
Gelée
=
Sarcode
=
Protoplasme
1860: Du protoplasme au Cytoplasme
• Rudolph Albert Von Kölliker (1817-1905),
médecin, cytologiste, anatomiste, histologiste,
physiologiste, neuroscientifique et zoologiste
Suisse..
Suisse
• Il fut l'un des premiers à
introduire des techniques
microscopiques
(fixation,
découpage et coloration).
• Rudolph Albert Von Kölliker introduit
le terme Cytoplasme en 1860 à la
place de protoplasme
protoplasme..
• Il appelle Nucléoplasme le contenu du
noyau..
noyau
Cytoplasme
Nucléoplasme
2.Du globule animal
(sphérique) au noyau
cellulaire!
1831:: Le noyau: une constante cellulaire
1831
Robert Brown
(1773(1773
-1858),
botaniste écossais.
Inventeur du Mouvement Brownien en physique:
mouvement aléatoire d’une grosse particule dans un fluide.
Robert Brown (1773
(1773-1858), décrit pour
la première fois le noyau (noyau de
cristallisation)
comme
étant
une
constante cellulaire.
cellulaire.
Celui-ci correspond aux globules
Celuisphériques sombres décrits par
Felice Fontana en 1751
1751..
Robert Brown lui donne à la fin le nom
de « nucleus » ou « noyau ».
«Le noyau est un constituant fondamental et
constant et non un phénomène occasionnel.»
occasionnel.»
IV.« La théorie
cellulaire »
Les précurseurs de la théorie cellulaire.
Lorenz Oken
Robert Remak
Théodore
Schwann
Matthias Jacob
Schleiden
Robert
Virchow
1. L’énoncé de la
théorie cellulaire
1
Lorenz Oken
(1779-1851),
entomologiste allemand
Propose, l’idée que l’organisme animal est
un ensemble d’unités microscopiques
indépendantes..
indépendantes
«Tous les organismes naissent de
cellules et sont formés de cellules
cellules..»
La Génération (1805)
Citation de Lorenz Oken
« Omni vivum e vivo »
« Life comes from life »
« Tout ce qui est vivant
vient du vivant »
2
Matthias Jacob Schleiden
(1804-1881), botaniste allemand
Publie en 1838 un article
sur la phytogénèse où les
plantes comme:
comme:
« des ensembles d’êtres individualisés
et indépendants qui sont des cellules
cellules.. »
3
Théodore Schwann
(1810-1882),
cytologiste et physiologiste allemand
• Il conçoit la notion
de cellule pour le règne
animal..
animal
Il montre que les cellules
nerveuses sont recouvertes
d’une gaine à structure
cellulaire (gaine de Schwann).
Il étudie le cartilage animal : cloisonné
en compartiments qui contiennent des
noyaux porteurs de nucléoles
nucléoles..
Il déduit que « la cellule est bien l’
l’unité
unité
ultime des tissus animaux aussi bien que
des tissus végétaux ».
«
La nature forme d’abord une
cellule ronde et, si besoin est, elle
transforme ultérieurement cette
cellule en différentes formations
élémentaires telles qu’on les trouve
à l’état adulte
adulte.. »
4
Robert Remak
(1815-1855),
embryologiste, physiologiste
et neurologiste allemand
• Remak a travaillé sur la
pathologie des tumeurs
cancéreuses..
cancéreuses
• Son matériel d’étude:
œuf fécondé de grenouille.
grenouille.
l’
l’œuf
Il constitue les premières démonstrations
irréfutables de la division cellulaire
cellulaire,,
publiées en 1855
1855..
« tout se passe comme s’il se
produisait au milieu de la cellule une
ligature qui coupe la cellule en
deux… ».
3
4
1
Il explique la division cellulaire
simplement par:
- la division en deux du noyau
- la séparation des deux noyaux
- la segmentation de la cellule et la
localisation des noyaux dans les
cellules filles.
« Toutes les cellules de l’organisme
proviennent de la division de cellules
préexistantes.. »
préexistantes
er
1
énoncé de la
théorie cellulaire
Robert Virchow
5 médecin et pathologiste allemand
• Il apporte la dernière
touche à la théorie
cellulaire.
Reconnu comme le père de
la pathologie cellulaire.
cellulaire.
(1821-1902),
Il donne la formulation définitive de
cellulaire:: « La cellule
la théorie cellulaire
est
l’unité
l’unité
structurale
et
fonctionnelle de tous les tissus
vivants ».
énoncé final de la
théorie cellulaire
Axiome de Robert Virchow
« Toute cellule se forme à partir
d’une cellule préexistante ».
« Omne cellula e cellula »
"chaque cellule naît d’une autre cellule"
2. Accueil de la
théorie cellulaire ??
Favorablement accueillie
en Allemagne et
en Angleterre
Rejet en France
Auguste Comte dénonce «
recherches microscopiques ».
•
l’abus
des
Claude Bernard prend partie pour la
théorie en 1878 dans Phénomènes de la Vie
•
communs aux animaux et aux végétaux.
- Yves Delage (1854-1920) reconnaît sans
ambiguïté la cellule comme unité
structurale et fonctionnelle de tous
les tissus vivants (l’Hérédité et les Grands
Problèmes de la Biologie Générale).
-
La théorie cellulaire finit par
s’imposer au début du XXe siècle.
ème
19
V. Fin du
et
ème
début du 20
siècle:
Description des organites
cellulaires
1. Fugace noyau !
Fugace noyau !
- Von Nägeli (1842): «le noyau disparait
pendant la division pour laisser place à
des bâtonnets ».
- Wilhem Waldeyer (1836
1836--1921
1921)) appelle
les bâtonnets « chromosomes ».
Eduard Strasburger (1878) complète
l’axiome de Virchow par celui de la
continuité nucléaire
nucléaire::
« Omnis nucleus e nucleo »
"chaque noyau naît d’un autre noyau"
2. Mystérieux
Chromosomes !
Division cellulaire
Les filaments présents initialement dans
le noyau se fissurent longitudinalement
longitudinalement..
Flemming (1882): dit que les chromosomes se
divisent d'une certaine manière
manière.. Il propose le
nom de mitose (du grec µιτοζ mitoz = filament)
Selon Von Beneden (1885) leur nombre est
fixe pour une espèce donnée.
donnée.
- Eduard Balbiani (1825-1899): décrit les
étapes de la division cellulaire dans des
cellules du tissu ovarien de la sauterelle.
sauterelle.
- Mise en évidence de deux faisceaux de
bâtonnets étroits qui se retrouveront dans
chacune des cellules filles.
filles.
Chromosomes
3. Noyau,
Chromosomes
et gènes ?
Wilhem Roux (1850-1924) postule en 1880
que le siège de l’hérédité était le noyau
noyau..
Il donne l’hypothèse que les caractères
phénotypiques sont contrôlés par
par::
« des particules rangées les unes à
coté des autres comme les perles d’un
collier ».
En 1866
1866,, un moine allemand Johann Gregor
Mendel (1822
1822--1884
1884)), en étudiant les petits
pois, déduit les lois de l’
l’hybridation
hybridation..
Il est à l'origine de la lois de
Mendel qui définie la manière
dont les gènes se transmettent
de génération en génération
génération..
Les caractères étudiés par Mendel.
Ainsi le chromosome est la plus
petite unité de la cellule et c’est
le support des gènes responsables
de la transmission des caractères
caractères..
Une nouvelle science est créée : la
génétique,, mot créé en 1906
génétique
1906..
4. Monde des
organites !
Découverte de l’Appareil de Golgi
- Décrit pour la 1ère fois en 1898 par Camillo
Golgi (Italien
Italien,, professeur en pathologie
pathologie)).
- Comme un arrangement particulier en
forme de croissants autour du noyau au
niveau des cellules du cervelet
cervelet..
- A l'aide d'une coloration au nitrate
contraste.
d'argent, appelée de nos jours contraste.
Description des organites grâce
aux améliorations techniques:
1880: Carl Zeiss, Ernst Abbe, Otto Schott
- Amélioration du pouvoir de résolution
(0,25µm) du microscope photonique.
1886: Otto Schott
- Développement des objectifs
de grande qualité.
VI. Le
ème
20
siècle:
"La grande aventure de la
Biologie"
Cette grande aventure de la Biologie
se subdivise en 5 étapes:
Fin du 19ème et début
du 20ème siècle:
Description des
organites cellulaires
1900-1950:
L’unité chimique
1975-2000:
La dynamique
intracellulaire
1950-1975:
L’information
génétique
2000:
La globalisation
et la dynamique
moléculaire