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svtclpeguy
Created on November 16, 2022
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Transcript
Le Professeur Klityna, biologiste de réputation mondiale, a pris du retard dans la rédaction de son ouvrage très attendu "La cellule, une structure très complexe" Il recherche donc des collaborateurs pour la rédaction de l’introduction qui devra se présenter sous forme d'une frise chronologique retraçant l'historique de la construction de la théorie cellulaire et montrera comment les découvertes en physique ont profité à la biologie:
Selon la théorie cellulaire "Les cellules constituent l'unité de structure, de fonction et de reproduction du vivant."
Invité d'honneur au grand congrès annuel des biologistes il est actuellement absent.
Connu pour son caractère facétieux il vous a cependant laissé un message…
Chers futurs collaborateurs, La tâche qui vous attend requiert attention et rigueur. Il m’apparaît donc essentiel de pouvoir vous la confier en toute confiance et pour cela je dois vérifier vos compétences. Je vous ai donc préparé quelques épreuves… 1ère épreuve : Trouver les dossiers nécessaires à la construction de la frise chronologique et prendre des notes. Vous avez pour cela le privilège de pouvoir accéder à mon bureau. 2nde épreuve : Le « mot mystère » 3ème épreuve « La grille de lettres » qui évaluera votre maîtrise du sujet Attention ! Lorsque vous passez d’une épreuve à une autre vous ne pouvez plus revenir en arrière…
Première épreuve...
8 dossiers vous attendent... saurez-vous les trouver?
Quand vous les aurez tous trouvés, allez à la seconde épreuve
Les origines de la théorie cellulaire ...
La notion de cellule est l'exemple même d'une notion dont l'origine est purement théorique alors qu'elle nous paraît procéder d'une découverte.
En effet, dès l'Antiquité, selon Aristote: "Les plantes, les insectes, les animaux peuvent naître de systèmes vivants qui leur ressemblent, mais aussi de matière en décomposition activée par la chaleur du soleil. La mer est riche en éléments terreux. Aussi est-ce d'une combinaison où entrent ces éléments que se forme la nature des mollusques: l'élément terreux durcit tout autour et devient aussi solide que les os ou les cornes ( ... ), tandis qu'à l'intérieur est enfermé le corps doué de vie".
Aristote 384-322 av. J.-C.
Source : Bordas, 1re ES, 2019
En 1748, dans l' "Histoire des animaux". Buffon (1722-1788) postule que les animaux et les végétaux sont constitués d'une "quantité infinie de parties organiques vivantes".
En 1805, le philosophe Lorenz Oken (1779-1851) suppose également qu'il existe des unités vivantes absolument simples dont l'assemblage ou l'agglomération produit les organismes complexes.
Les origines de la théorie cellulaire sont donc d'abord à chercher dans des intuitions, plutôt que dans des observations de structures microscopiques.
Source : Hachette, 1re ES, 2019
1595...
1609...
1665...
1673...
1837...
1855...
1862...
Les lentilles en verre, connues depuis plusieurs siècles, sont utilisées à partir du XIVe siècle pour corriger la vision.
Reproduction du microscope de Jansen
En 1595, Zacharias Janssen, opticien, a l'idée de superposer deux lentilles convergentes* dans des tubes coulissants. Des reproductions ont été réalisées à partir de dessins (photo). Ce premier microscope permet un grossissement x 10. *lentille épaisse en son centre et mince sur les bords permettant de concentrer la lumière et de grossir l'objet que l'on observe.
Source : Nathan, 1re ES, 2019
En 1609, Galilée conçoit un "occhiolino", autre ancêtre du microscope, constitué d'une lentille divergente et d'une autre convergente. II qualifie de "lunettes à puces" son invention, qui permet d'atteindre un grossissement x 30 (photo).
Modèle de l’« occhiolino » de Galilée
Source : Bordas, 1re ES, 2019
Robert Hooke (1635-1703) utilise un microscope de sa fabrication dont le pouvoir grossissant est lié à l'utilisation de plusieurs lentilles convergentes. Le système d'éclairage était constitué d'une lampe à huile dont l'intensité lumineuse était condensée par des loupes. Le tube servant de support était en bois.
Source : Hatier, 1re ES, 2019
En 1665, il étudie un morceau de liège (tissu mort de l'écorce des arbres) et y observe des petites cavités délimitées par des parois lui rappelant "les cellules hexagonales d'un rayon de miel". Dans son ouvrage intitulé Micrographia, il écrit: "J’ai pris un beau morceau de liège et (…) avec un scalpel aiguisé, j’ai prélevé une tranche extrêmement mince et, puisque c’était un objet clair je l’ai placé 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 entièrement perforé et poreux, ressemblant beaucoup à un rayon de cire d’abeille. (…) Ces pores ou cellules ne sont pas très profonds (…) Ce sont les premiers pores microscopiques que j’ai vu ; ce sont probablement les premiers qui aient jamais été vus, car je n’ai rencontré aucun écrivain ni auteur qui en ait fait mention auparavant."
A l’époque de Robert Hooke, cette notion est restée au stade de la description.
Né à Delft en 1632, Leeuwenhoek part à 16 ans apprendre le métier de drapier à Amsterdam. Il ignore tout de la science quand il revient dans sa ville natale en 1651 pour exercer. C’est un homme méticuleux. Afin de voir dans le détail les tissus qu’il vend et de détecter leurs imperfections, il invente, sans le savoir, la plus puissante loupe jamais réalisée. A ses heures perdues, il fabrique avec art et minutie des instruments merveilleux, utilisant une seule lentille, en verre ou en cristal de roche, presque sphérique, que lui seul sait polir et qu’il dispose sur une plaque de cuivre. Sa grande trouvaille est la réalisation d’un montage où la loupe reste solidaire du porte-objet, d’où une parfaite immobilité de l’image. Et il invente l’observation sur fond noir, qui augmente la visibilité.
Source : pedagogie.ac-nice.fr/svt
La lentille biconvexe, de la taille d'une tête d'épingle, insérée entre deux plaques métalliques se comporte comme une loupe puissante permettant d'observer les échantillons sur un stylet porte-objet que l'on peut déplacer vers le haut ou le bas à l'aide d'une vis à crémaillère (source: d'après Wikipédia)
Ses instruments grossissent jusqu’à 300 fois, une prouesse pour l'époque qui lui permet de voir des éléments de l’ordre du micron. Curieux, il se met à observer toutes sortes d'échantillons et, sans connaissances scientifiques, découvre le monde microscopique. Ce n’est plus une grosse loupe, c’est un microscope. En 1673, il examine une goutte d'eau provenant d'un étang et y observe des micro-organismes qu'il nomme "animalcules". On sait aujourd'hui qu'il s'agissait en réalité de protozoaires et d'algues unicellulaires. Antoni van Leeuwenhoek s'est attaché à observer de nombreux et variés organismes unicellulaires.
Cependant, ne parlant que le néerlandais à une époque où le latin est la langue scientifique officielle, sa crédibilité et la diffusion de ses découvertes sont limitées. Ses observations sont d'abord accueillies avec scepticisme par la communauté scientifique, mais il reçoit le soutien de Robert Hooke qui fait une première description de microorganismes dans Micrographia.
Source : Hatier, 1re ES, 2019
Au début des années 1800, l’unité de base en biologie est toujours le tissu. En 1837, un des homologues de Theodor Schwann, le professeur de botanique Matthias Jakob Schleiden, découvre que des structures semblables aux cellules de moines décrites par Robert Hooke sont présentes dans tous les tissus végétaux qu’il examine. Lors d’un déjeuner, Matthias Jakob Schleiden fait part de son constat à Theodor Schwann qui a lui-même observé ce type de structures dans des tissus animaux. Ce dernier comprend alors l’importance de relier ces observations et écrit le célèbre manuscrit "Recherches microscopiques sur la similarité de structure et de développement des cellules animales et végétales" en 1839.
Le zoologiste Théodor Schwann (1810-1882)
La théorie cellulaire était née.
La cellule devint dès lors l’unité de base en biologie. Cette théorie amorce donc l’idée que l’origine cellulaire est commune à tout ce qui vit, Theodor Schwann dira en effet que "c’est la cellule qui est à l’origine de la vie". Vingt ans plus tard sa théorie était communément acceptée.
Source : Bordas, 1re ES, 2019
Dessins de cellules végétales (fig.1 à 3) et animales (fig.4 à 9) de Schwann
Source : Bordas, 1re ES, 2019
Avant et après avoir élaboré sa théorie cellulaire, Theodor Schwann a consacré un temps considérable à observer des tissus animaux au microscope. Il a ainsi examiné du cartilage prélevé sur des branchies de têtards, des os, des ovules d’oiseau, les premiers rudiments d’embryons, des dents, des plumes, des tendons, des muscles, des nerfs et bien d’autres structures qui composent les organismes animaux. Dans tous ceux-ci, il constate effectivement la présence de cellules composées d’une cavité délimitée par une paroi et contenant un noyau (appelé alors "cytoblaste"). Outre la structure en tant que telle, il observe aussi la formation de jeunes cellules à partir de cellules existantes. Ce qui confirme que les parties élémentaires les plus différentes des animaux et des plantes ont un mode commun de développement : leur origine est toujours une cellule.
En 1855, Virchow pose le second principe de la théorie cellulaire : toute cellule provient d'une cellule préexistante qui s'est divisée. Elle n'apparaît donc pas spontanément. Il applique cette théorie aux cellules des tumeurs en affirmant que toutes les maladies proviennent d'une seule cellule puis se propagent par multiplication des cellules malignes. Il écrit dans son ouvrage, La pathologie cellulaire basée sur l'étude physiologique et pathologique des tissus : "La formation cellulaire se fait par la division de cellules préexistantes. Les noyaux se divisent et la division de la cellule se produit ensuite. Remarquons, dans ce cas, que la cellule-mère disparait, et qu'elle est remplacée par deux cellules-filles".
Source : Bordas, 1re ES, 2019
La génération spontanée, le grand débat (source : Institut Pasteur)
Farouche défenseur de la génération spontanée, qui s'oppose à la théorie cellulaire, Félix Pouchet la définit comme la "production d'un être organisé, nouveau, dénué de parents, et dont tous les éléments primordiaux ont été tirés de la matière ambiante".
Félix Pouchet (1800-1872) médecin, biologiste
C'est compter sans Louis Pasteur...
Source : Bordas, 1re ES, 2019
Par les expériences les plus variées, Louis Pasteur démontrera que les microbes sont partout, dans l’eau, dans l’air, sur les objets, sur la peau… et que certains d’entre eux sont responsables de maladies. Après des luttes mémorables contre ses contradicteurs, notamment Félix Pouchet, Louis Pasteur affirme dans son mémoire de 1862, que : "les poussières de l’atmosphère renferment des micro-organismes qui se développent et se multiplient ; les liquides les plus putrescibles restent inaltérés, si après les avoir chauffés, on les laisse à l’abri de l’air, donc de ces micro-organismes." Dès lors, il indique les moyens de les éviter et de les combattre. Il définit les bases de l’hygiène personnelle et sociale. Il préconise l’usage de l’asepsie, c’est-à-dire, l’ensemble des mesures propres à empêcher tout apport exogène de micro-organismes ou de virus sur des tissus vivants ou des milieux inertes (déf. Larousse). Il conseille la stérilisation des linges, le flambage des instruments, la propreté des mains. Des recommandations à l’origine du prodigieux essor de la chirurgie moderne.
Source : Bordas, 1re ES, 2019
Ballon à col de cygne utilisé par Louis Pasteur lors de ses expériences sur les générations dites spontanées. © Institut Pasteur
La théorie de la génération spontanée étant alors fortement ancrée dans les milieux scientifiques, Louis Pasteur décide d’aborder ce problème par le biais de sa méthode expérimentale. Pour cela il utilise des ballons à col de cygne. Il porte le ballon à ébullition pendant quelques minutes jusqu’à ce que la vapeur d’eau sorte par l’extrémité du col, puis le laisse refroidir. Pendant le refroidissement, l’air aspiré dépose les poussières et leurs germes sur la première courbure : le liquide, bien qu’en contact avec l’air extérieur, reste inaltéré parce que les germes ne peuvent pas y pénétrer.
Source : Bordas, 1re ES, 2019