De l'invention du microscope à la théorie cellulaire
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Introduction
Si l'étude des astres lointains remonte à l'Antiquité, l'observation d'éléments très petits n'a été possible qu'avec l'invention du microscope par Janssen en 1595.
Quelles sont les étapes de la construction de la théorie cellulaire ? Quelle est l'importance des progrès technologiques dans sa construction ?
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Ce que j'ai déjà vu
La cellule et son organisation
La spécialisation cellulaire
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Groupe 1
Les premières observations de cellules
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Doc. 1
L'apport du microscope
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
Micrographia (1665).
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Représentation du microscope fabriqué par Robert Hooke.
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Dessin d'observation du liège par Hooke. Il introduit pour la première fois le mot « cellule » pour décrire ces cavités qui lui rappellent les chambres dans lesquelles vivaient les moines.
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Doc. 2
Les animalcules
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Observation d'animalcules du sperme par Leeuwenhoek (1674).
Au XVIIe siècle, le Hollandais Antoni van Leeuwenhoek
conçut des lentilles très élaborées permettant d'atteindre des
grossissements de 250 fois avec son microscope. Il observa
et dessina de nombreux êtres vivants unicellulaires contenus
dans de l'eau de pluie qu'il nomma des animalcules. En
observant du sperme, il fut ainsi le premier à décrire des
spermatozoïdes.
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Indicateurs de réussite
Avoir expliqué pourquoi la découverte de la cellule était limitée par la technique avant le XVIIe siècle.
Avoir comparé la démarche de Hooke et de Leeuwenhoek à celle d'un biologiste moderne.
Avoir expliqué le sens de la remarque de François Jacob
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Groupe 2
L'unité microscopique des êtres vivants
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Doc. 3
L'universalité de la cellule
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Un jour que je dînais avec M. Schleiden, cet illustre botaniste me signala le rôle important que le noyau
joue dans le développement des cellules végétales. Je me rappelai tout de suite avoir vu un organe
pareil dans les cellules de la corde dorsale et je saisis à l'instant même l'extrême importance qu'aurait
une découverte, si je parvenais à montrer que, dans les cellules de la corde dorsale, ce noyau joue le
même rôle que le noyau des plantes dans le développement des cellules végétales. […] Ces idées se
présentant à mon esprit, j'invitai M. Schleiden à m'accompagner à l'amphithéâtre d'anatomie où je
lui montrai les noyaux des cellules de la corde dorsale. Il leur reconnut une ressemblance parfaite
avec les noyaux des plantes. [...] J'ai trouvé, à l'aide du microscope, que ces formes si variées des parties élémentaires
des tissus de l'animal ne sont que des cellules transformées, que l'uniformité de la texture se retrouve donc aussi dans le
règne animal, que, par conséquent, l'origine cellulaire est commune à tout ce qui vit.
Discours de Theodor Schwann (1878).
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Doc. 4
Une unité de base du vivant
Cet ouvrage pose pour la première fois
que la cellule est l'unité de base de tous
les êtres vivants, animaux ou végétaux.
Il décrit une identité cellulaire des tissus
végétaux (figures 1-3 : tissu parenchymateux
d'un oignon) et des tissus
animaux (figure 4 : chorde
dorsale d'un
gardon). On note la présence du noyau
dans chaque cellule.
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Extrait d'une planche d'observation de Schwann publiée en 1839 dans Mikroskopische Untersuchungen (« Examens microscopiques »).
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Vocabulaire
Chorde : structure
embryologique rigide
et flexible présente
chez certains animaux.
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Doc. 5
Un ancêtre commun
Toutes les formes de vie existant sur la
Terre proviennent d'une unique cellule
formée entre 3,3 et 3,7 milliards d'années.
Si des formes de vie non cellulaires
ont existé, elles n'ont pas laissé de
descendants aujourd'hui. C'est ce que
pense le Français Patrick Forterre qui,
en 1996, a baptisé LUCA (Last Universal
Common Ancestor) le dernier
ancêtre commun universel à toutes les
lignées cellulaires.
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Représentation de l'évolution des formes de vie sur Terre.
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Indicateurs de réussite
Avoir identifié l'idée que Schwann a voulu démontrer, et comment cette idée est née.
Avoir expliqué quels points communs présentent les cellules étudiées.
Avoir expliqué pourquoi les idées de Schwann s'ancrent dans la théorie de Darwin selon laquelle les caractères communs sont hérités d'un ancêtre commun.
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Groupe 3
La formation de nouvelles cellules
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Doc. 6
La génération spontanée
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Les matières en décomposition
engendrent des vers, de telle sorte
que la terre ne produit que les
plantes et les animaux conçus
dès l'origine par le Créateur, par
l'intermédiaire de germes qui ont
été ensemencés dans les milieux favorables à leur
développement.
Aristote (-384 à -322)
De la génération et de la corruption.
Aristote défend dans cet ouvrage l'idée de la génération
spontanée, selon laquelle la vie (les mouches) peut apparaître
spontanément à partir de matière inerte.
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Doc. 7
L'expérience du col de cygne de Pasteur (1859)
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Louis Pasteur souhaita tester l'hypothèse
de la génération spontanée.
Son hypothèse était que les microorganismes
ne naissaient pas spontanément
dans un liquide, mais se développaient à
partir de microorganismes préexistants
dans l'air.
Un flacon en « col de cygne » permet la circulation de l'air
mais coince les microorganismes au niveau du col.
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Doc. 8
Le développement d'un organisme
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Entretien avec Thibault Lorin, docteur en biologie du développement
Le développement d'un organisme pluricellulaire commence avec une
seule cellule, la cellule-œuf, qui se divise en de nouvelles cellules. Ces cellules se divisent
à leur tour, et vont acquérir une fonction particulière :
c'est la différenciation. Au fil des divisions, la capacité à former des cellules différentes se restreint.
Certaines cellules peuvent cependant garder leur capacité à se différencier en de multiples types cellulaires ;
ce sont les cellules souches. Leur division permet de
remplacer les cellules en fin de vie (par exemple, les
cellules sanguines) ou régénérer un tissu lésé.
Des cellules souches sont utilisées dans le domaine
médical afin de régénérer la peau des grands brûlés.
L'étude des cellules souches est un champ de recherche
très actif, d'ailleurs récompensé d'un prix Nobel en 2012.
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Doc. 9
Observation d'une fission cellulaire chez la levure Saccharomyces pombe (clichés chronologiques).
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Vocabulaire
Cellule souche: cellule indifférenciée qui a la capacité de se diviser et se différencier en cellules spécialisées.
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