La cellule, unité du vivant

Pose une très fine pelure d'oignon sous un microscope. Tu ne vois pas une matière lisse et continue, comme une feuille de papier. Tu vois un quadrillage : des petites cases, serrées les unes contre les autres, toutes à peu près de la même taille.

Ces cases s'appellent des cellules.

Recommence avec une feuille de plante, avec un peu de peau, avec une goutte de sang : à chaque fois, le même résultat. Des cases. Toujours des cases.

Tous les êtres vivants sont constitués de cellules. La cellule est la plus petite partie d'un être vivant qui soit encore vivante : c'est l'unité du vivant.

Une découverte qui a demandé un microscope. En 1665, l'Anglais Robert Hooke observe une mince tranche de liège et y voit une multitude de petites loges. Il les baptise cells, « cellules », parce qu'elles lui rappellent les cellules d'un monastère. Il faudra encore près de deux siècles pour comprendre que tous les êtres vivants, et pas seulement le liège, en sont faits.

Les trois constituants à connaître. Toutes les cellules ne se ressemblent pas : une cellule de peau, une cellule de feuille et une bactérie ont des allures différentes. Mais on retrouve chez elles les mêmes constituants.

Trois mots, trois rôles. Retiens-les par leur place : la membrane est la frontière, le cytoplasme est le contenu, le noyau est le chef.

Attention à ne pas confondre deux échelles. Une cellule n'est pas un atome. L'atome est la plus petite partie de la matière — vivante ou non — et une seule cellule en contient un nombre immense. Une cellule n'est pas non plus un organe : un organe, comme le cœur ou une feuille, est lui-même fait de cellules. La cellule se situe entre les deux.

1. Deux façons d'être un être vivant. Le nombre de cellules d'un être vivant change tout à son allure, mais rien à sa nature.

• Un être vivant unicellulaire est formé d'une seule cellule. Cette unique cellule fait tout : elle se nourrit, elle se déplace parfois, elle se reproduit. La paramécie, l'amibe, la levure de boulanger et les bactéries sont unicellulaires.
• Un être vivant pluricellulaire est formé d'un très grand nombre de cellules. Le chêne, la mouche, le chat, la laitue et l'être humain sont pluricellulaires. Chez eux, les cellules se répartissent le travail : celles du muscle se contractent, celles de la feuille captent la lumière.

Tout ce que tu vois à l'œil nu, dans le monde vivant, est pluricellulaire. Les êtres unicellulaires, eux, ne se voient qu'au microscope — c'est bien pour cela qu'on les a découverts si tard.

2. Les végétaux aussi sont faits de cellules. C'est un point qu'on oublie souvent, parce qu'un arbre ne ressemble pas à un animal. Pourtant, une observation au microscope d'une pelure d'oignon, d'une feuille de laitue ou d'une mince coupe de bois donne toujours le même résultat : des cellules, serrées les unes contre les autres.

Le bois, la sève, une racine, un pétale : tout cela est fait de cellules. Un végétal ne se construit pas avec de la terre. Ses racines prélèvent dans le sol de l'eau et des sels minéraux dissous, pas de la terre.

3. La bactérie : une cellule sans noyau. Compare, côte à côte, une cellule de peau humaine et une bactérie.

Les deux sont bien des cellules, et les deux sont bien vivantes. Mais la bactérie ne possède pas de noyau : son information héréditaire baigne directement dans le cytoplasme. Dire « la bactérie a un petit noyau » est faux ; dire « la bactérie n'est pas faite de cellules » l'est tout autant, puisqu'une bactérie est une cellule, à elle seule.

4. Quelle taille, exactement ? Une cellule ordinaire mesure quelques centièmes de millimètre. Voilà pourquoi elle échappe à l'œil nu et pourquoi il a fallu attendre le microscope pour la voir.

Range ces tailles dans ta tête, de la plus grande à la plus petite :

1. un grain de sable : environ 1 millimètre — parfaitement visible ;
2. l'épaisseur d'un cheveu : environ un dixième de millimètre — visible, mais tout juste ;
3. une cellule ordinaire : quelques centièmes de millimètre — invisible à l'œil nu, bien visible au microscope du collège ;
4. une bactérie : environ dix fois plus petite qu'une cellule ordinaire ;
5. un atome : des millions de fois plus petit encore — aucun microscope de collège ne le montre.

Une cellule ordinaire est donc plus petite qu'un cheveu n'est épais. Pour couvrir un seul millimètre, il faudrait en aligner quelques dizaines.

Une exception à connaître, parce que tu la rencontreras en classe. La cellule d'épiderme d'oignon est l'une des plus grandes cellules végétales : elle atteint quelques dixièmes de millimètre. C'est justement pour cela qu'on l'observe si facilement au collège. Ne prends pas cette exception pour la règle : la cellule ordinaire, celle d'une feuille ou de la peau, reste à quelques centièmes de millimètre.

Au laboratoire, trois préparations sont observées au microscope. Voici ce que chacune montre.

Question 1 — que voit-on en A ?

On voit des cases serrées les unes contre les autres, en grand nombre. Un être vivant fait d'un très grand nombre de cellules est pluricellulaire.

Le « point plus sombre bien visible » est le noyau : c'est lui qui contient l'information héréditaire et qui dirige le fonctionnement de la cellule. La préparation A montre donc un fragment d'un être vivant pluricellulaire — une pelure d'oignon, par exemple.

Question 2 — que voit-on en B ?

Un seul élément, qui se déplace tout seul et qui possède les trois constituants d'une cellule. C'est donc une cellule unique, et cette cellule est un être vivant à elle seule : un être vivant unicellulaire, comme une paramécie ou une amibe.

Attention à ne pas conclure trop vite : ce n'est pas parce qu'il n'y a qu'une cellule que l'être vivant est « incomplet ». Cette unique cellule se nourrit, se déplace et se reproduit. Elle fait tout.

Question 3 — que voit-on en C ?

Deux indices se combinent. D'abord la taille : environ dix fois plus petit qu'une cellule ordinaire. Ensuite l'absence de point sombre, c'est-à-dire l'absence de noyau.

Ces deux indices désignent des bactéries. Une bactérie possède bien une membrane et du cytoplasme — c'est une cellule —, mais elle ne possède pas de noyau.

Question 4 — qu'ont en commun les trois préparations ?

Toutes les trois montrent des cellules. Un végétal, un être unicellulaire mobile, une bactérie : trois allures très différentes, une même organisation de base.

C'est exactement ce que dit la leçon : la cellule est l'unité du vivant. Ce qui distingue C des deux autres, c'est la seule absence du noyau ; ce qui distingue B de A, c'est le seul nombre de cellules.

Réflexe d'auto-contrôle : devant une observation, pose-toi trois questions dans cet ordre. Combien de cellules ? Les trois constituants sont-ils là ? Quelle taille, comparée à un cheveu ?

Figure (fig.biology.cell-structure, SVG programmatique à produire) : deux panneaux superposés, le schéma au-dessus, l'échelle en dessous.

• Panneau du haut — deux cellules côte à côte. À gauche, une cellule à noyau dessinée en grand : un contour fermé et régulier, légendé par une ligne de rappel « la membrane : elle délimite la cellule et la sépare du milieu » ; l'intérieur rempli d'une texture claire et uniforme, légendé « le cytoplasme : il remplit la cellule, les réactions du vivant s'y déroulent » ; une forme arrondie plus sombre placée à l'intérieur, légendée « le noyau : il contient l'information héréditaire et dirige la cellule ». À droite, une bactérie dessinée à la même échelle, donc environ dix fois plus petite en largeur : même contour de membrane, même texture de cytoplasme, et aucune forme sombre à l'intérieur. Sous elle, la mention en toutes lettres « pas de noyau ». Entre les deux, une accolade verticale portant « toutes deux sont des cellules : membrane et cytoplasme ».
• Panneau du bas — l'échelle des tailles. Une règle horizontale unique, graduée et légendée « longueur, en millimètres », portant cinq repères alignés de gauche à droite, du plus grand au plus petit, chacun accompagné d'un petit dessin et de sa valeur écrite : « grain de sable — environ 1 mm », « épaisseur d'un cheveu — environ un dixième de millimètre », « cellule ordinaire — quelques centièmes de millimètre », « bactérie — environ dix fois plus petite qu'une cellule », « atome — des millions de fois plus petit ». Une zone de la règle est encadrée en pointillés et légendée « ce que montre le microscope du collège » : elle englobe le cheveu, la cellule et la bactérie, et exclut l'atome.
• Distinction sans couleur. Le noyau est à la fois plus sombre, hachuré et relié à une étiquette écrite ; la bactérie porte sa mention « pas de noyau » en toutes lettres. Chaque repère de l'échelle porte sa valeur écrite à côté de son dessin : aucune information n'est portée par la seule couleur ni par la seule position.

Ce qu'il faut lire. Le panneau du haut répond à la question « de quoi une cellule est-elle faite ? » et montre du même coup la seule différence qui compte en 6e entre une bactérie et une cellule de peau. Le panneau du bas répond à « quelle taille ? », et surtout : il montre que la cellule et l'atome ne sont pas au même endroit de la règle. C'est la confusion la plus tenace du chapitre.

La figure en détail : deux panneaux. En haut, deux cellules dessinées à la même échelle. À gauche, une cellule à noyau : un contour fermé qui est la membrane et qui délimite la cellule, un intérieur uniforme qui est le cytoplasme où se déroulent les réactions du vivant, et une forme arrondie plus sombre qui est le noyau, lequel contient l'information héréditaire et dirige la cellule. À droite, une bactérie environ dix fois plus petite, qui possède elle aussi une membrane et du cytoplasme, mais aucun noyau. Une accolade rappelle que les deux sont bien des cellules. En bas, une règle graduée en millimètres porte cinq repères du plus grand au plus petit : un grain de sable d'environ un millimètre, l'épaisseur d'un cheveu d'environ un dixième de millimètre, une cellule ordinaire de quelques centièmes de millimètre, une bactérie environ dix fois plus petite qu'une cellule, et un atome des millions de fois plus petit. Un cadre en pointillés entoure le cheveu, la cellule et la bactérie : c'est ce que montre le microscope du collège ; l'atome en est exclu.

Cette leçon ne comporte aucune formule à appliquer : elle comporte des règles et des ordres de grandeur. Les voici rassemblés.

Rappel utile : $1$ mm est le plus petit trait gradué de ta règle. Un dixième de millimètre, c'est dix fois moins ; un centième de millimètre, cent fois moins.

Domaine de validité, à ne pas sauter. Les tailles données ci-dessus sont des ordres de grandeur : elles disent « à peu près combien », pas « exactement combien ». Deux cellules d'un même être vivant peuvent avoir des tailles très différentes — une cellule de muscle est bien plus longue qu'une cellule de peau. Ce que tu dois retenir, c'est l'ordre de grandeur, c'est-à-dire la place sur la règle graduée : entre le cheveu et l'atome, beaucoup plus près du cheveu.

Comment répondre à chaque type de question.

1. On te demande le rôle d'un constituant ? Reviens aux trois mots : frontière, contenu, chef.
2. On te demande quel constituant fait telle chose ? Même tableau, lu dans l'autre sens.
3. On te demande si tel être vivant est unicellulaire ? S'il se voit à l'œil nu, la réponse est non.
4. On te demande ce qui distingue une bactérie d'une cellule de peau ? Le noyau, et lui seul.
5. On te demande un ordre de grandeur ? Compare d'abord avec le cheveu, qui vaut environ un dixième de millimètre.

1. Croire que les végétaux ne sont pas faits de cellules. Ils le sont, exactement comme les animaux. Une pelure d'oignon observée au microscope montre un quadrillage de cellules ; le bois, les feuilles et les racines en sont faits eux aussi. Test mental : le microscope montre-t-il des cases ? Alors ce sont des cellules.
2. Confondre la cellule et l'atome. Ce sont deux échelles séparées par des millions de fois. L'atome est la plus petite partie de la matière, vivante ou non ; une seule cellule en contient un nombre immense. Aucun microscope de collège ne montre un atome.
3. Confondre la cellule et l'organe. Un organe — le cœur, une feuille, un muscle — est fait de cellules : c'est l'échelle au-dessus. Une cellule ne digère pas les aliments et ne transporte pas le sang ; ce sont là des rôles d'organes.
4. Croire qu'une bactérie possède un noyau. Elle n'en a pas. Elle possède bien une membrane et du cytoplasme — c'est une cellule à part entière —, mais son information héréditaire baigne directement dans le cytoplasme.
5. Croire qu'une bactérie n'est pas faite de cellules. Une bactérie est une cellule, à elle seule : c'est un être vivant unicellulaire.
6. Croire qu'un être vivant unicellulaire est incomplet. Cette cellule unique se nourrit, réagit, se reproduit. Elle ne manque de rien : elle fait tout avec une seule cellule.
7. Croire qu'une cellule est visible à l'œil nu. Non : elle est plus petite qu'un cheveu n'est épais. Si tu la vois sans microscope, ce n'est pas une cellule — c'est un grain de sable, une graine ou un œuf.
8. Prendre la cellule d'oignon pour la cellule type. Elle est exceptionnellement grande, ce qui la rend commode à observer, mais elle n'est pas représentative. La cellule ordinaire mesure quelques centièmes de millimètre, pas quelques dixièmes.
9. Penser qu'un végétal se nourrit de terre. Ses racines prélèvent dans le sol de l'eau et des sels minéraux dissous. La terre elle-même n'entre jamais dans la matière du végétal.

Exercice type. Les quatre questions ci-dessous sont du type exact que l'exercice te posera : le rôle d'un constituant, l'être vivant formé d'une seule cellule, ce qui distingue une bactérie d'une cellule à noyau, et l'ordre de grandeur d'une cellule.

1. On observe une cellule au microscope. Quel est le rôle du noyau ?
2. Parmi ces êtres vivants, lequel est formé d'une seule cellule : le chêne, la paramécie, la mouche, l'être humain ?
3. On observe côte à côte une cellule de bactérie et une cellule de peau humaine. Qu'est-ce qui distingue ces deux cellules ?
4. Quel est l'ordre de grandeur de la taille d'une cellule d'une feuille de plante ?

Correction.

1. Une cellule est délimitée par une membrane, remplie de cytoplasme, et son fonctionnement est dirigé par un noyau.

Le rôle du noyau est de contenir l'information héréditaire et de diriger le fonctionnement de la cellule.

Les deux autres rôles appartiennent aux deux autres constituants : la membrane sépare la cellule du milieu qui l'entoure, le cytoplasme remplit l'intérieur de la cellule. Fabriquer la nourriture, digérer les aliments ou transporter le sang ne sont des rôles d'aucun constituant de cellule : ce sont des rôles d'organes, à l'échelle au-dessus.

2. Un être vivant unicellulaire est formé d'une seule cellule ; un être vivant pluricellulaire en compte un très grand nombre.

Le chêne, la mouche et l'être humain se voient à l'œil nu : ils sont formés de très nombreuses cellules. La paramécie, elle, tient tout entière dans une seule cellule. C'est la réponse.

3. Toute cellule possède une membrane et du cytoplasme : sur ces deux points, les deux cellules se ressemblent.

La cellule de peau humaine possède un noyau. La cellule de bactérie, elle, n'en possède pas : c'est ce qui la distingue.

Deux réponses fausses reviennent souvent. « La bactérie possède un noyau plus petit » : non, elle n'en possède aucun. « La bactérie est bien plus grosse » : c'est l'inverse, elle est environ dix fois plus petite.

4. Une cellule est invisible à l'œil nu : il faut un microscope pour l'observer, ce qui écarte déjà le millimètre et le centimètre.

Une cellule d'une feuille de plante mesure quelques centièmes de millimètre, c'est-à-dire un peu moins que l'épaisseur d'un cheveu, qui approche le dixième de millimètre.

« Quelques dixièmes de millimètre » serait dix fois trop grand ; « quelques millimètres » serait cent fois trop grand, et la cellule serait alors visible à l'œil nu.

Auto-contrôle : quand une question porte sur une taille, ne cherche pas à te souvenir d'un nombre. Compare avec le cheveu — c'est le seul repère dont tu as besoin.