CELLULE, notion de

Le terme cellule (cell en anglais) apparaît en 1665, sous la plume du physicien anglais Robert Hooke, pour désigner les logettes que l'on voit au microscope dans un fragment végétal inerte, le liège. En 1824, le biologiste français Henri Dutrochet, qui s'intéresse aux forces agissant au sein des êtres vivants, pressent le rôle des cellules. Ayant constaté qu'il existe aussi une structure cellulaire dans les tissus frais (aussi bien ceux des animaux que ceux des végétaux), il en souligne l'individualité anatomique (présence d'une membrane autour de chaque cellule) et en prévoit la fonction vitale (élaboration de substances caractéristiques du vivant). Il faut attendre 1831 pour que les constituants fondamentaux d'une cellule soient identifiés, grâce à la découverte, par l'Anglais Robert Brown, du noyau cellulaire au centre d'un matériau gélatineux qui sera appelé plus tard cytoplasme. Ce sont, enfin, Matthias Schleiden et Theodor Schwann qui verront dans l'unité biologique que constitue la cellule (théorie cellulaire, 1838-1839), le « principe de développement » commun à tous les tissus animaux et végétaux. Le terme de métabolisme fut alors créé par Schwann pour désigner l'activité chimique d'une cellule.

Pour autant, ces structures biologiques fondamentales ne devaient être correctement interprétées qu'avec Robert Remak (1838) et, surtout, Rudolf Virchow qui proclame en 1855 que toute cellule provient d'une cellule préexistante : « omnis cellula e cellula ».

Organisation cellulaire

Le dogme cellulaire, désormais solidement fondé au milieu du xix^e siècle, va permettre l'essor d'une science consacrée à l'étude des cellules : la cytologie. Celle-ci consolide, pendant un siècle, l'idée que toute cellule (à l'exception de nos globules rouges) est constituée d'un noyau entouré par un cytoplasme qu'enveloppe une membrane qui individualise chaque cellule (sauf dans des structures dites cœnocytiques). Cependant, Louis Pasteur faisait triompher l'idée que d'autres unités vivantes microscopiques existaient dans la nature. Parmi ces « microbes », certains disposaient des structures cellulaires caractéristiques mais d'autres paraissaient formées d'une masse homogène. Les levures, actives dans les fermentations, appartenaient à la première catégorie alors que d'autres « germes » – dont certains étaient pathogènes –, plus petits, constituaient une seconde catégorie, celle des bactéries.

Il n'était pas concevable, à ce stade, de parler de « cellule bactérienne » jusqu'à ce que R. Vendrely et A. Boivin aient démontré, en 1946, que la bactérie recelait une substance centrale dite « nucléoïde », en raison de sa colorabilité (dans des conditions appropriées) par les colorants de la chromatine du noyau cellulaire. Puisque cette chromatine, riche en acide désoxyribonucléique (ADN), formait les chromosomes lors des divisions des cellules munies d'un noyau, il devenait licite de désigner le nucléoïde par le terme « chromosome bactérien ». Ainsi se trouvait unifiée, à la veille de l'émergence de la biologie moléculaire, la conception structurale du vivant au niveau microscopique. Il n'y avait plus qu'une seule exception à la théorie cellulaire, celle des virus.

Toutefois, les cellules bactériennes se distinguaient aussi par leur contenu homogène riche en particules que la microscopie électronique devait permettre d'identifier comme des ribosomes, également présents dans le cytoplasme des cellules « vraies ». Ces dernières contenaient en outre d'autres « organites » : mitochondries, système réticulaire, appareil cinétique et, par surcroît, chez les végétaux, des plastes.

Roger Stanier et Cornelis van Niel proposèrent, par conséquent, en 1969, d'instaurer deux catégories fondamentales dans la classification des êtres vivants : ceux dont les cellules disposaient d'un noyau et d'un cytoplasme muni de compartiments biologiquement spécialisés pour constituer des « organites » seraient appelés Eucaryotes, alors que les bactéries seraient désignées par le terme Procaryotes. Le choix de ces deux termes proposait en fait une interprétation de l'origine de la vie. En effet, les Procaryotes pouvaient être les représentants actuels d'un monde originel dans lequel les Eucaryotes n'existaient pas encore.

Vie cellulaire

L'interprétation fonctionnelle de la complexité structurale des cellules, mais aussi celle des particules virales, a été élucidée par la biologie moléculaire qui a introduit, au milieu du xx^e siècle, l'idée d'information guidant l'activité cellulaire. Cette information provient (sauf pour certains virus à ARN) de l'ADN que contient la chromatine, lequel génère un processus connu sous le nom de biosynthèse des protéines. Ces dernières sont des biomolécules complexes qui forment certaines structures cellulaires (cytosquelette) mais aussi des biocatalyseurs (enzymes) responsables du déroulement du métabolisme.

La cellule est donc l'unité structurale et fonctionnelle du vivant, sa « machinerie » enzymatique, en transformant des matières nutritives (catabolisme), produit de l'énergie chimique potentielle qui permettra la construction des constituants cellulaires (anabolisme). Les cellules sans chlorophylle, qu'elles soient végétales ou animales, utilisent des molécules organiques simples issues des réactions de dégradation subies par les matières nutritives. Lorsqu'une cellule renferme de la chlorophylle (pigment organomagnésien vert), elle devient capable d'utiliser des nutriments minéraux (eau, dioxyde de carbone, nitrates) en captant l'énergie lumineuse (photosynthèse). Toute cellule exploite ainsi, à l'aide d'une machinerie moléculaire adéquate, diverses matières nutritives.

Les virus, dépourvus de cette machinerie, n'ont pas de métabolisme autonome, mais il leur reste les précieuses molécules informationnelles qui « s'expriment » au sein des cellules qu'ils parasitent et dont ils utilisent la machinerie qui leur fait défaut. C'est ainsi qu'ils seront reproduits par les cellules qui les renferment.

Une grande activité métabolique caractérise en revanche les bactéries, mais il leur manque d'être intérieurement compartimentées. La compartimentation, propre aux cellules eucaryotes, permettra l'accroissement de taille et la spécialisation des organites : ainsi les mitochondries sont-elles spécialisées dans le catabolisme respiratoire producteur d'énergie, tandis que les chloroplastes sont voués à l'anabolisme permis par l'énergie lumineuse qu'ils captent. Ces organites spécialisés sont souvent considérés comme le fruit d'une coopération (symbiose) entre une cellule hôte et une bactérie devenue son partenaire métabolique spécialisé.

La vie cellulaire, qui met en œuvre des myriades de molécules pour entretenir le flux énergétique assurant le travail d'entretien, de croissance et de renouvellement des constituants fondamentaux de l'entité vivante, est foncièrement fragile. L'usure du temps ne manque pas de faire son œuvre dans un système mouvant et complexe, sans cesse obligé de trouver l'ajustement entre la nécessité de sa survie et les aléas du hasard. Ainsi cette vie cellulaire ne peut-elle que retarder la mort inéluctable, mais non sans avoir procédé éventuellement à la transmission de la vie, conformément à l'aphorisme de Virchow.