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VOIE GÉNÉRALE Enseignement scientifique 1re eduscol.education.fr/ - Ministère de l’Éducation nationale et de la Jeunesse - Septembre 2019 1 Retrouvez éduscol sur Enseignement scientifique 2DE 1RE TLE Informer et accompagner les professionnels de l’éducation COMMUN ENSEIGNEMENT VOIE GÉNÉRALE L ’ESSENTIEL SUR LA THÉORIE CELLULAIRE DÉBATS ET CONTROVERSE Description L’objectif est de faire le point sur les idées concernant la théorie cellulaire. Ainsi, l’idée d’une entité élémentaire constituant le vivant est apparue de façon purement théorique, bien avant l’invention du microscope. Suite à la formulation de la théorie cellulaire en 1838-9, de nombreuses controverses ont vu le jour, et le domaine de validité de cette théorie fait encore débat de nos jours. Mots-clés Théorie cellulaire, cellule, noyau, microscopie, épistémologie, philosophie. Références au programme 1.3 – Une structure complexe : la cellule vivante. VOIE GÉNÉRALE Enseignement scientifique 1re eduscol.education.fr/ - Ministère de l’Éducation nationale et de la Jeunesse - Septembre 2019 2 Retrouvez éduscol sur Introduction La théorie cellulaire est généralement considérée comme la pierre angulaire de la science biologique, aux côtés de la théorie darwinienne de l’évolution. La force de cette théorie est sa simplicité, à commencer par la définition de la cellule comme unité structurale et fonctionnelle du vivant, contenant un milieu fluide de composition spécifique délimité par une membrane. Néanmoins, comme toutes les théories scientifiques, la théorie cellulaire est loin d’être une évidence universellement acceptée par les biologistes du XIXe siècle à nos jours. Contenus scientifiques sur la théorie cellulaire La théorie cellulaire est le fondement de la biologie cellulaire. Dans sa forme actuelle, cette théorie repose sur les trois principes suivants : • tout organisme vivant est composé d’une ou plusieurs cellules ; • la cellule est l’unité de structure et de fonction du vivant ; • toute cellule provient d’une autre cellule par division cellulaire. Ainsi, la cellule est l’unité de structure, de fonction et de reproduction du vivant. Évolution des idées sur la structure du vivant Dès l’Antiquité, Aristote élabore une théorie de l’être : il émet l’hypothèse que tous les êtres vivants doivent être composés de structures élémentaires simples qui se répètent. Ainsi, l’idée de divisibilité, qui nous semble liée aux observations microscopiques à partir du XVIIe siècle, est en fait apparue bien avant, de manière purement théorique. Les idées avant la théorie cellulaire Le newtonianisme a participé à l’essor de théories « particulaires » de la matière vivante au XVIIIe siècle, comme celle de Buffon. En 1748, dans « l’histoire des animaux », ce dernier propose que les êtres vivants soient constitués d’une « quantité infinie de parties organiques vivantes ». Le philosophe allemand Lorenz Oken avance, dès 1805, qu’il existe des unités vivantes simples, dont l’agglomération peut produire des organismes complexes. L ’idée qu’il existerait une entité élémentaire commune à tous les êtres vivants (« vésicule », « utricule », « globule », etc.) est à l’époque un des sujets majeurs débattus dans toute l’Europe savante. VOIE GÉNÉRALE Enseignement scientifique 1re eduscol.education.fr/ - Ministère de l’Éducation nationale et de la Jeunesse - Septembre 2019 3 Retrouvez éduscol sur Mise en place de la théorie cellulaire En 1939, Theodor Schwann, dans son projet d’unifier les connaissances sur les végétaux et les animaux, élabora une théorie censée montrer l’identité de leur structure : • toutes les parties des plantes et des animaux sont constituées de cellules ; • les cellules sont des unités vivantes autonomes, et bien que chaque cellule soit influencée par ses voisines, la vie de l’organisme entier est le produit, non la cause, de la vie de ses éléments cellulaires ; • les cellules sont créées dans ou près d’autres cellules par différenciation d’une substance primaire homogène, appelée cytoblastème, dans un procédé analogue à la cristallisation. La théorie cellulaire connut un grand succès en botanique comme en zoologie malgré les erreurs qu’elle comportait : son 3e principe donne en effet une fausse interprétation de la naissance de la cellule. En 1855, Robert Remak puis Rudolf Virchow corrige ces approximations en affirmant « omnis cellula e cellula ». Ceci aboutit à la formulation actuelle du 3e axiome de la théorie cellulaire : toute cellule provient d’une autre cellule. Cette affirmation sera étayée par les observations de cellules en mitose, réalisées par Walter Flemming à partir de 1870. Différents axes de critique au XIXe siècle et au début du XXe siècle Certains aspects de la théorie cellulaire seront largement contestés au cours du XIXe siècle, notamment par les défenseurs de la « génération spontanée » : ces derniers pensent que des êtres vivants peuvent spontanément se créer à partir d’éléments non vivants, comme des mites sur la laine ou des moisissures sur les aliments. Dans les années 1860, les expériences de Pasteur réfutent les arguments traditionnellement mis en avant par les défenseurs de la génération spontanée. D’autres critiques proviennent du courant de pensée holiste, selon lequel le tout (l’organisme ici) est plus que la somme de ses parties (les cellules). Ce courant de pensée, porté par Whitman en 1893, a été repris par Ritter en 1919 sous le nom d’« organicisme ». Le fait qu’un organisme complexe soit constitué d’un assemblage de cellules n’est pas contesté ici : c’est l’importance de ce niveau d’organisation qui est remis en cause. Premièrement, Lorenz Oken s’opposa dès 1805 à l’idée que la multicellularité se compose de multi-individualités : pour lui, un organisme n’est pas un agrégat d’unités vivantes indépendantes, mais un individu biologique en soi. L ’organisme est donc selon lui l’unité minimale du vivant. Dans le même courant de pensée, le biologiste français Charles Robin élabora dès les années 1840 une théorie chimique du vivant selon laquelle il existe deux niveaux fondamentaux d’organisation en biologie : la substance chimique (en tant que matière vivante) et l’organisme (comme un tout en interaction avec le milieu extérieur). Dépourvue de fonction, la cellule n’a pour lui qu’une importance secondaire dans le fonctionnement d’un organisme. Il fut au cœur d’une controverse entre les écoles de biologie française et allemande dans les années 1840 à 1860. Enfin, un dernier axe de critique provient des microbiologistes, comme le spécialiste des protistes Clifford Dobell : en 1911, il refuse le qualificatif d’organisme « unicellulaire » pour les protistes, lui préférant celui d’« acellulaire ». En effet, selon lui, ces organismes sont physiologiquement analogues aux organismes multicellulaires et pas à une des cellules qui les constituent. Si les deux premiers niveaux de critique sont aujourd’hui abandonnés, ce troisième axe est développé par la recherche contemporaine. Il s’agit de penser la multicellularité comme le produit, et non pas la cause, du développement des organismes. VOIE GÉNÉRALE Enseignement scientifique 1re eduscol.education.fr/ - Ministère de l’Éducation nationale et de la Jeunesse - Septembre 2019 4 Retrouvez éduscol sur Les limites au concept de cellule La cellule comme unité de structure Ce concept connaît des difficultés dans son application systématique à toutes les structures vivantes par l’observation des symplasmes des végétaux (angiospermes et gymnospermes). Le symplasme désigne la continuité des cytoplasmes des cellules végétales du fait de l’existence de nombreux plasmodesmes, qui perforent membrane et paroi cellulaires. On retrouve des structures similaires chez les animaux avec les syncitium et les structures cœnocytiques. Ce sont des masses cytoplasmiques à plusieurs noyaux, issues soit de la fusion secondaire de cellules (syncitiums, par ex. les fibres musculaires squelettiques), soit d’une absence de cytodiérèse lors de mitoses successives (structure cœnocytique, par ex. les stades embryonnaires précoces des insectes). Dans le domaine de l’étude des protistes, le « blob » (Physarum polycephalum) constitue un cas limite à la cellularité. En effet, un blob est constitué d’une unique cellule, contenant des centaines de noyaux, et dont le diamètre peut aller jusqu’à 10 mètres dans des situations favorables. Audrey Dussutour et ses collègues de l’université Toulouse III ont montré que cet être vivant « unicellulaire » est capable d’apprendre de ses expériences. La cellule comme unité de fonction : Cet aspect du concept est celui qui a été le plus rapidement et le plus radicalement remis en cause, avant de redevenir pleinement d’actualité aujourd’hui. Durant toute la seconde moitié du XIXe siècle, on chercha, en deçà de la cellule, des entités physiologiquement autonomes, qui connurent autant de dénomination que d’auteurs : « gemmules » (Darwin), « biophores » (Weismann), « pangènes » (De Vries), etc. Dans certains cas, les plus rares, elles étaient associées à des structures caractérisables au microscope optique (comme les bioplastes d’Altmann). Ces spéculations furent très rapidement abandonnées au début du XXe siècle quand les développements de la biochimie montrèrent que les processus métaboliques étaient distribués dans tout le volume des cellules. La cellule comme unité de reproduction : C’est au niveau de la biologie végétale que le troisième axiome de la théorie cellulaire est le plus critiqué de nos jours. Le botaniste Tsukaya, a montré de manière expérimentale en 2003 que la forme finale d’un organe à croissance définie, comme la feuille, ne dépend ni du volume ni du nombre des cellules qui finalement le constituent. Dans ce cas, il semble bien que la pluricellularité soit une conséquence du développement plutôt uploads/Philosophie/ ra19-lycee-g-1er-es-essentiel-theorie-cellulaire-1179437.pdf