3.1 : Comment les cellules sont étudiées
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Une cellule est la plus petite unité d'un être vivant. Un être vivant, comme vous, s'appelle un organisme. Ainsi, les cellules sont les éléments de base de tous les organismes.
Dans les organismes multicellulaires, plusieurs cellules d'un type particulier s'interconnectent les unes aux autres et remplissent des fonctions partagées pour former des tissus (par exemple, tissu musculaire, tissu conjonctif et tissu nerveux), plusieurs tissus se combinent pour former un organe (par exemple, l'estomac, le cœur ou le cerveau) et plusieurs organes fabriquent vers le haut d'un système organique (tel que le système digestif, le système circulatoire ou le système nerveux). Plusieurs systèmes fonctionnant ensemble forment un organisme (comme un éléphant, par exemple).
Il existe de nombreux types de cellules, qui sont toutes regroupées dans l'une des deux grandes catégories suivantes : procaryotes et eucaryotes. Les cellules animales, végétales, fongiques et protistes sont classées comme eucaryotes, tandis que les bactéries et les cellules archées sont classées comme procaryotes. Avant de discuter des critères permettant de déterminer si une cellule est procaryote ou eucaryote, examinons d'abord comment les biologistes étudient les cellules.
Microscopie
La taille des cellules varie. À quelques exceptions près, les cellules individuelles étant trop petites pour être observées à l'œil nu, les scientifiques utilisent des microscopes pour les étudier. Un microscope est un instrument qui agrandit un objet. La plupart des images de cellules sont prises au microscope et sont appelées micrographies.
Microscopes optiques
Pour vous donner une idée de la taille d'une cellule, un globule rouge humain mesure environ huit millionièmes de mètre ou huit micromètres (en abrégé µm) de diamètre ; la tête d'une épingle mesure environ deux millièmes de mètre (millimètres ou mm) de diamètre. Cela signifie qu'environ 250 globules rouges peuvent tenir sur la tête d'une épingle.
L'optique des lentilles d'un microscope optique modifie l'orientation de l'image. Un échantillon placé du côté droit vers le haut et orienté vers la droite sur la lame de microscope apparaîtra à l'envers et tourné vers la gauche lorsqu'il est observé au microscope, et vice versa. De même, si la lame est déplacée vers la gauche tout en regardant au microscope, elle semblera se déplacer vers la droite, et si elle est déplacée vers le bas, elle semblera se déplacer vers le haut. Cela se produit parce que les microscopes utilisent deux séries de lentilles pour agrandir l'image. En raison de la manière dont la lumière traverse les lentilles, ce système de lentilles produit une image inversée (des jumelles et un microscope à dissection fonctionnent de la même manière, mais incluent un système de grossissement supplémentaire qui donne l'impression que l'image finale est verticale).
La plupart des microscopes destinés aux étudiants sont classés dans la catégorie des microscopes optiques (Figure\(\PageIndex{1}\) a). La lumière visible traverse et est courbée par le système de lentilles pour permettre à l'utilisateur de voir l'échantillon. Les microscopes optiques sont avantageux pour observer les organismes vivants, mais comme les cellules individuelles sont généralement transparentes, leurs composants ne peuvent être distingués que s'ils sont colorés avec des colorants spéciaux. Cependant, la coloration tue généralement les cellules.
Les microscopes optiques couramment utilisés dans les laboratoires des collèges de premier cycle peuvent grossir jusqu'à environ 400 fois. Deux paramètres importants en microscopie sont le grossissement et le pouvoir de résolution. Le grossissement est le degré d'agrandissement d'un objet. Le pouvoir de résolution est la capacité d'un microscope à permettre à l'œil de distinguer deux structures adjacentes séparément ; plus la résolution est élevée, plus ces deux objets peuvent être proches et meilleurs sont la clarté et le détail de l'image. Lorsque des lentilles à immersion dans l'huile sont utilisées, le grossissement est généralement multiplié par 1 000 pour l'étude de cellules plus petites, comme la plupart des cellules procaryotes. Comme la lumière qui entre dans un échantillon par le bas est focalisée sur l'œil d'un observateur, l'échantillon peut être visualisé par microscopie optique. Pour cette raison, pour que la lumière traverse un échantillon, celui-ci doit être fin ou translucide.
CONCEPT EN ACTION
Pour une autre perspective sur la taille des cellules, essayez l'interface interactive HowBig.
Un deuxième type de microscope utilisé en laboratoire est le microscope à dissection (Figure\(\PageIndex{1}\) b). Ces microscopes ont un grossissement plus faible (20 à 80 fois la taille de l'objet) que les microscopes optiques et peuvent fournir une vue tridimensionnelle de l'échantillon. Les objets épais peuvent être examinés avec de nombreux composants focalisés en même temps. Ces microscopes sont conçus pour donner une vue agrandie et claire de la structure des tissus ainsi que de l'anatomie de l'organisme dans son ensemble. Comme les microscopes optiques, la plupart des microscopes à dissection modernes sont également binoculaires, c'est-à-dire qu'ils possèdent deux systèmes de lentilles distincts, un pour chaque œil. Les systèmes de lentilles sont séparés par une certaine distance, ce qui donne une impression de profondeur dans la vision du sujet afin de faciliter les manipulations manuelles. Les microscopes à dissection sont également dotés d'optiques qui corrigent l'image afin qu'elle apparaisse comme si elle était vue à l'œil nu et non comme une image inversée. La lumière qui éclaire un échantillon sous un microscope à dissection provient généralement du dessus de l'échantillon, mais peut également être dirigée par le bas.
Microscopes électroniques
Contrairement aux microscopes optiques, les microscopes électroniques utilisent un faisceau d'électrons au lieu d'un faisceau de lumière. Cela permet non seulement un grossissement plus élevé et donc plus de détails (Figure\(\PageIndex{2}\)), mais également un pouvoir de résolution plus élevé. La préparation d'un échantillon pour l'observer au microscope électronique le tue ; par conséquent, les cellules vivantes ne peuvent pas être observées à l'aide de ce type de microscopie. De plus, le faisceau d'électrons se déplace mieux dans le vide, ce qui rend impossible la visualisation des matériaux vivants.
Dans un microscope électronique à balayage, un faisceau d'électrons se déplace d'avant en arrière sur la surface d'une cellule, restituant les détails des caractéristiques de la surface de la cellule par réflexion. Les cellules et autres structures sont généralement recouvertes d'un métal comme l'or. Dans un microscope électronique à transmission, le faisceau d'électrons est transmis à travers la cellule et fournit des détails sur les structures internes de la cellule. Comme vous pouvez l'imaginer, les microscopes électroniques sont nettement plus encombrants et plus chers que les microscopes optiques.
DES CARRIÈRES EN ACTION : Cytotechnologue
Avez-vous déjà entendu parler d'un test médical appelé test Pap (Figure\(\PageIndex{3}\)) ? Lors de ce test, un médecin prélève un petit échantillon de cellules du col utérin d'un patient et l'envoie à un laboratoire médical où un cytotechnologue colore les cellules et les examine pour détecter tout changement pouvant indiquer un cancer du col de l'utérus ou une infection microbienne.
Les cytotechnologues (cyto - = cellule) sont des professionnels qui étudient les cellules au moyen d'examens microscopiques et d'autres tests de laboratoire. Ils sont entraînés à déterminer quels changements cellulaires se situent dans les limites normales ou sont anormaux. Ils ne se concentrent pas uniquement sur les cellules cervicales ; ils étudient des échantillons cellulaires provenant de tous les organes. Lorsqu'ils remarquent des anomalies, ils consultent un pathologiste, qui est un médecin capable de poser un diagnostic clinique.
Les cytotechnologues jouent un rôle vital en sauvant des vies. Lorsque des anomalies sont découvertes tôt, le traitement du patient peut commencer plus tôt, ce qui augmente généralement les chances de succès du traitement.
Théorie cellulaire
Les microscopes que nous utilisons aujourd'hui sont bien plus complexes que ceux utilisés dans les années 1600 par Antony van Leeuwenhoek, un commerçant néerlandais très habile dans la fabrication de lentilles. Malgré les limites de ses lentilles désormais anciennes, van Leeuwenhoek a observé les mouvements des protistes (un type d'organisme unicellulaire) et des spermatozoïdes, qu'il a collectivement appelés « animalcules ».
Dans une publication de 1665 intitulée Micrographia, le chercheur expérimental Robert Hooke a inventé le terme « cellule » (du latin cella, qui signifie « petite pièce ») pour désigner les structures en forme de boîte qu'il a observées lorsqu'il regardait du tissu de liège à travers une lentille. Dans les années 1670, van Leeuwenhoek a découvert des bactéries et des protozoaires. Des progrès ultérieurs dans la construction de lentilles et de microscopes ont permis à d'autres scientifiques de voir différents composants à l'intérieur des
À la fin des années 1830, le botaniste Matthias Schleiden et le zoologiste Theodor Schwann étudiaient les tissus et proposaient la théorie cellulaire unifiée, selon laquelle tous les êtres vivants sont composés d'une ou de plusieurs cellules, que la cellule est l'unité de base de la vie et que toutes les nouvelles cellules proviennent de cellules existantes. Ces principes sont toujours d'actualité.
Résumé de la section
Une cellule est la plus petite unité de vie. La plupart des cellules sont si petites qu'elles ne peuvent pas être vues à l'œil nu. Les scientifiques doivent donc utiliser des microscopes pour étudier les cellules. Les microscopes électroniques offrent un grossissement plus élevé, une résolution plus élevée et plus de détails que les microscopes optiques. La théorie cellulaire unifiée affirme que tous les organismes sont composés d'une ou de plusieurs cellules, que la cellule est l'unité de base de la vie et que de nouvelles cellules apparaissent à partir de cellules existantes.
Lexique
- microscope
- l'instrument qui agrandit un objet
- théorie cellulaire unifiée
- le concept biologique selon lequel tous les organismes sont composés d'une ou de plusieurs cellules, que la cellule est l'unité de base de la vie et que de nouvelles cellules proviennent de cellules existantes