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Euh, alors, bon, on va parler des cellules, hein? C'est fascinant! La vie, figurez-vous, ça commence avec une seule cellule. Et puis, boum! Elle se divise en deux, puis quatre, et ainsi de suite. Attendez, accrochez-vous bien... après seulement, disons, 47 divisions, pfiou!, vous avez déjà... euh... un milliard de milliards de cellules! Un truc de fou, non? Prêtes à former un être humain, quoi. Bon, faut savoir, hein, qu'on perd des cellules en cours de route, forcément, donc c'est juste une estimation, hein, le nombre total. Mais quand même! C'est impressionnant.
Et le truc dingue, c'est que chaque cellule, à partir du moment où l'œuf est fécondé jusqu'à... enfin, jusqu'à la fin, elle connaît parfaitement son boulot. Oui, oui, vous n'avez aucun secret pour vos cellules! Elles vous connaissent mieux que vous ne vous connaissez vous-même. Chaque cellule a en elle une copie complète du code génétique, votre mode d'emploi, quoi. Donc, elle sait faire son travail, mais, tenez-vous bien, elle sait aussi tout ce qui se passe dans le reste de votre corps! Imaginez! Pas besoin de leur rappeler de vérifier l'adénosine triphosphate ou de ranger le surplus d'acide folique. Non, non, elles font ça, et des millions d'autres choses, pour vous. C'est incroyable!
Chaque cellule est un petit miracle de la nature. Même la plus simple, elle est d'une complexité que l'intelligence humaine ne pourra jamais égaler. Prenez une cellule de levure, par exemple. Pour en fabriquer une, eh bien, il faudrait autant de pièces que pour un Boeing 777! Et, le plus fort, c'est qu'il faudrait assembler tout ça dans une sphère de seulement 5 microns de diamètre! Et après, il faudrait encore trouver le moyen de faire se reproduire cette sphère. Vous imaginez le défi?
Bon, la cellule humaine, elle, est encore plus complexe et diversifiée que la cellule de levure. Mais la levure, elle, a des interactions tellement complexes, que du coup, ça la rend plus intéressante! C'est un peu paradoxal, non?
Vos cellules, c'est un peu comme un pays avec... euh... un milliard de milliards d'habitants. Et chacun bosse à fond pour le bien commun, c'est-à-dire vous! Elles font tout pour vous. Elles vous font ressentir de la joie, elles vous permettent de penser. Elles vous permettent de vous lever, de vous étirer, de sauter. Quand vous mangez, elles absorbent les nutriments, elles produisent de l'énergie, elles éliminent les déchets. Elles font tout ce que vous avez appris en biologie au lycée. Et, en plus, elles n'oublient pas de vous donner faim avant de manger et de vous faire sentir bien après, pour que vous n'oubliez pas de manger la prochaine fois! Elles font pousser vos cheveux, elles fabriquent le cérumen dans vos oreilles, elles font fonctionner votre cerveau sans que vous vous en rendiez compte. Bref, elles gèrent tout! Et quand vous êtes menacé, elles vous défendent. Elles sont prêtes à se sacrifier pour vous. Des milliards meurent chaque jour. Et vous ne les remerciez même pas! Alors, on va faire une petite pause, là, tout de suite, pour leur rendre hommage, non?
Alors, comment elles font, hein, pour faire tout ça? Comment elles stockent les graisses, comment elles fabriquent l'insuline, comment elles participent à tout ce qui est nécessaire pour vous maintenir en vie, vous, un être aussi complexe? On en sait un petit peu... mais vraiment, très peu. Il y a au moins 200 000 types de protéines différents qui travaillent dans votre corps. Et on en connaît, quoi, à peine 2%... Bon, certains disent 50%. Mais bon, ça dépend de ce qu'on appelle "connaître", hein.
Le monde des cellules est plein de surprises. Prenez l'oxyde nitrique, par exemple. C'est un gaz hyper toxique, un polluant terrible. Et dans les années 80, figurez-vous que des scientifiques ont découvert que nos cellules en produisaient tout le temps! Ils étaient un peu paniqués au début, évidemment. Et puis, ils se sont rendu compte que c'était partout! Ça contrôle le flux sanguin, les niveaux d'énergie, ça attaque les cellules cancéreuses, ça régule l'odorat, ça aide même à l'érection! Incroyable, non? Et ça explique pourquoi la nitroglycérine, vous savez, l'explosif, ça peut soulager l'angine de poitrine. Parce que ça se transforme en oxyde nitrique dans le sang et ça détend les muscles des vaisseaux sanguins. Donc, le sang passe mieux. En moins de dix ans, ce gaz est passé de poison à remède miracle! C'est fou, hein?
Selon un biochimiste belge, Christian de Duve, on a "environ quelques centaines" de types de cellules différents. Elles ont des formes et des tailles très variées. Les cellules nerveuses sont filiformes et peuvent mesurer jusqu'à un mètre de long! Les globules rouges sont en forme de disque. Les cellules photoélectriques, celles qui nous permettent de voir, sont en forme de bâtonnet. Et les tailles sont très différentes aussi. Le plus impressionnant, c'est peut-être le moment de la fécondation. Un spermatozoïde minuscule qui va à la rencontre d'un ovule qui est... 85 000 fois plus gros! Bon, sinon, une cellule humaine moyenne, ça fait environ 20 microns de large, soit 2% d'un millimètre. C'est tout petit, presque invisible. Mais c'est assez grand pour contenir des milliers de structures complexes comme les mitochondries, et des millions et des millions de molécules. Et puis, les cellules ont aussi des durées de vie différentes. Vos cellules de peau, par exemple, elles sont mortes! C'est un peu glauque de se dire ça, non? Mais, si vous êtes un adulte de taille moyenne, vous êtes recouvert d'environ deux kilos de peau morte. Et vous en perdez des milliards de petits morceaux chaque jour. Si vous passez votre doigt sur une étagère pleine de poussière, eh bien, cette trace, c'est en grande partie votre peau morte!
La plupart des cellules ne vivent pas plus d'un mois. Mais il y a des exceptions. Les cellules du foie peuvent vivre plusieurs années, même si leurs composants internes sont renouvelés tous les quelques jours. Les cellules du cerveau, elles, vivent aussi longtemps que vous. Vous en avez environ 100 milliards à la naissance, et c'est le maximum que vous aurez jamais. Et vous en perdez environ 500 par heure. Donc, faut pas gâcher son temps, hein! Heureusement, les composants de vos cellules cérébrales sont constamment renouvelés. Donc, comme les cellules du foie, elles ne vivent qu'environ un mois. En fait, on pense que tout ce qui nous constitue, jusqu'à nos molécules les plus perdues, est différent d'il y a neuf ans. C'est un peu étrange, hein, mais, au niveau cellulaire, on est tous des bébés!
Le premier à avoir décrit les cellules, c'est Robert Hooke. Il s'est disputé avec Isaac Newton pour savoir qui avait découvert la loi de l'inverse du carré de la distance dans le mouvement des planètes. Hooke a vécu 68 ans. Il a fait plein de choses dans sa vie. C'était un théoricien de talent, mais aussi un fabricant d'instruments de précision. Mais c'est surtout son livre "Micrographia", publié en 1665, qui l'a rendu célèbre. Il y présentait un monde microscopique d'une richesse et d'une complexité insoupçonnées.
Hooke a découvert plein de choses, dont les petites cavités dans les plantes. Il les a appelées "cellules", parce qu'elles lui faisaient penser aux petites chambres des moines. Il a calculé qu'il y avait environ 195 255 750 de ces cavités dans un centimètre carré de liège! C'était la première fois qu'on voyait des chiffres aussi énormes en science. Le microscope existait déjà depuis une génération environ, mais celui de Hooke était particulièrement performant. Il pouvait grossir 30 fois, ce qui était énorme pour l'époque.
Du coup, dix ans plus tard, quand Hooke et les autres membres de la Royal Society de Londres ont reçu des images et des rapports envoyés par un drapier hollandais, un certain Antoni van Leeuwenhoek, ils étaient un peu... euh... étonnés. Leeuwenhoek n'avait presque pas fait d'études et n'avait aucune formation scientifique. Mais c'était un observateur attentif et un génie de la technique. Il utilisait un microscope qui grossissait 275 fois!
Aujourd'hui encore, on ne sait pas comment il faisait pour fabriquer des microscopes aussi puissants avec des moyens aussi rudimentaires. C'était juste une petite lentille en verre fixée sur un support en bois. C'était plus une loupe qu'un microscope, en fait. Il fabriquait un nouvel instrument pour chaque expérience. Et il gardait jalousement le secret de sa technique. Il avait quand même dit aux Anglais comment améliorer la résolution. Leeuwenhoek était un ami proche de Jan Vermeer, le peintre de Delft. Vermeer était un peintre talentueux mais pas exceptionnel. Et puis, d'un coup, il a inventé une technique qui floutait les couleurs et il est devenu célèbre. On a longtemps soupçonné qu'il utilisait une camera obscura, un appareil qui projette une image sur une surface grâce à une lentille. Mais on n'a jamais trouvé de camera obscura dans les biens de Vermeer après sa mort. Par contre, son exécuteur testamentaire, c'était Leeuwenhoek! Le fabricant de lentilles le plus secret de l'époque!
Pendant 50 ans - incroyable, non, qu'il ait commencé ça après 40 ans - il a envoyé près de 200 rapports à la Royal Society. Tous écrits en néerlandais, la seule langue qu'il parlait. Leeuwenhoek décrivait ce qu'il voyait, avec des dessins magnifiques, mais sans aucune explication. Il a examiné tout ce qu'il pouvait trouver: la moisissure du pain, les aiguillons d'abeilles, les cellules sanguines, les dents, les cheveux, sa propre salive, son sperme, et même ses excréments! Il s'excusait d'ailleurs pour la mauvaise odeur de ces deux derniers. Et tout ça, personne ne l'avait jamais regardé au microscope avant!
En 1676, Leeuwenhoek a affirmé avoir trouvé des "animalcules" dans un échantillon d'eau poivrée. La Royal Society a mobilisé tout ce qu'elle pouvait pour trouver ces "petits animaux". Et il a fallu un an pour qu'ils arrivent enfin à grossir suffisamment l'image. Leeuwenhoek avait découvert les protozoaires! Il a calculé qu'il y avait 8 280 000 de ces créatures dans une goutte d'eau. Plus que la population des Pays-Bas! Le monde était rempli de vies insoupçonnées, avec des façons de vivre et des nombres bien plus grands qu'on ne l'imaginait.
Encouragés par les découvertes de Leeuwenhoek, d'autres se sont mis à regarder dans des microscopes. Et parfois, ils ont été un peu trop enthousiastes et ils ont vu des choses qui n'existaient pas. Un chercheur hollandais respecté, Nicolaas Hartsoeker, a affirmé avoir vu des "petits hommes préformés" dans les spermatozoïdes! Il les a appelés les "homoncules". Pendant un certain temps, beaucoup de gens ont cru que tous les êtres humains, et même tous les êtres vivants, étaient juste des versions agrandies de petits êtres complets qui étaient dans le sperme. Leeuwenhoek lui-même s'est parfois laissé emporter. Lors d'une de ses expériences les moins réussies, il a essayé d'étudier les propriétés explosives de la poudre à canon en regardant une petite explosion de très près. Il a failli y perdre les yeux.
En 1683, Leeuwenhoek a découvert les bactéries. Mais à cause des limitations de la technologie, on en est resté là pendant un siècle et demi. Ce n'est qu'en 1831 qu'on a vu pour la première fois le noyau d'une cellule. C'est un Écossais, Robert Brown, qui l'a découvert. Brown était un botaniste et il s'intéressait à l'histoire des sciences, même si on ne sait pas grand-chose de lui. Il a vécu de 1773 à 1858. Il a appelé sa découverte "noyau" d'après le mot latin "nucula", qui signifie petite noix. Et c'est en 1839 qu'on a vraiment compris que la cellule était la base de toute vie. C'est un Allemand, Theodor Schwann, qui a eu cette intuition. Mais cette découverte a été relativement tardive et elle n'a pas été acceptée tout de suite. Ce n'est que dans les années 1860, grâce aux travaux de Louis Pasteur, qu'on a prouvé que la vie ne pouvait pas apparaître spontanément, mais qu'elle devait venir d'une cellule préexistante. Cette théorie, appelée la "théorie cellulaire", est la base de toute la biologie moderne.
On a comparé la cellule à plein de choses. "Une raffinerie chimique complexe" (James Trefil, physicien) ou "une métropole surpeuplée" (Guy Brown, biologiste). C'est un peu les deux à la fois, mais c'est plus que ça. C'est comme une raffinerie parce qu'il y a une activité chimique énorme à l'intérieur. C'est comme une métropole parce que c'est bondé, agité, interactif, apparemment chaotique, mais avec une structure propre. Mais en réalité, c'est bien plus incroyable que n'importe quelle ville ou usine que vous ayez jamais vue. Déjà, il n'y a pas de haut ni de bas (la gravité n'a presque aucun effet sur les choses de la taille d'une cellule). Chaque espace, même de la taille d'un atome, est utilisé au maximum. Il y a de l'activité partout, des courants électriques qui circulent en permanence. Vous ne vous sentez peut-être pas très électrique, mais en fait, vous l'êtes! La nourriture que nous mangeons, l'oxygène que nous respirons, tout ça est transformé en électricité dans nos cellules. Alors, pourquoi on ne se prend pas des décharges quand on se touche? Pourquoi on n'enflamme pas le canapé quand on s'assoit? Parce que tout ça se passe à une échelle très petite. La tension n'est que de 0,1 volt et les distances se mesurent en nanomètres. Mais, si on agrandissait tout ça, l'impact serait de 20 millions de volts par mètre carré! Autant qu'au cœur d'un éclair!
Qu'elle soit ronde ou carrée, toutes vos cellules sont construites de la même façon. Elles ont une enveloppe extérieure, la membrane cellulaire. Un noyau, où sont stockées les informations génétiques nécessaires à leur fonctionnement. Et entre les deux, un espace très occupé qu'on appelle le cytoplasme. La membrane cellulaire n'est pas une couche de caoutchouc solide qu'on pourrait percer avec une aiguille. C'est plutôt une substance grasse, qu'on appelle lipide. Comme de "l'huile à moteur légère", selon Sherwin B. Nuland. Si ça vous paraît peu solide, rappelez-vous que les choses sont différentes au microscope. Au niveau moléculaire, l'eau devient un gel épais et les lipides sont presque aussi durs que l'acier.
Si vous aviez l'occasion de visiter une cellule, vous n'aimeriez pas ça. Si on agrandissait les atomes à la taille de petits pois, une cellule deviendrait une sphère de 800 mètres de diamètre! Soutenue par une structure complexe en forme de poutres qu'on appelle le cytosquelette. À l'intérieur, des millions d'objets, certains de la taille d'un ballon de basket, d'autres de la taille d'une voiture, filent à toute vitesse. Vous auriez du mal à trouver un endroit où vous tenir. Vous seriez heurté et bousculé des milliers de fois par seconde. Même pour les habitants habituels de la cellule, c'est un endroit dangereux. Chaque brin d'ADN est attaqué ou endommagé en moyenne toutes les 8,4 secondes. Soit 10 000 fois par jour! Il faut réparer ces blessures très vite, sinon la cellule ne survit pas.
Les protéines sont hyper actives. Elles tournent, vibrent et volent en permanence. Elles s'entrechoquent un milliard de fois par seconde. Les enzymes, qui sont aussi des protéines, se précipitent partout et accomplissent un millier de tâches par seconde. Comme des fourmis ouvrières en accéléré, elles construisent et déconstruisent des molécules sans arrêt. Elles enlèvent un petit morceau ici, elles en ajoutent un là. Certaines surveillent les protéines qui passent et marquent chimiquement celles qui sont trop abîmées pour être réparées ou celles qui sont défectueuses. Ces protéines marquées sont ensuite envoyées dans des structures appelées protéasomes, où elles sont décomposées et transformées en nouvelles protéines. Certaines protéines ne vivent pas plus d'une demi-heure, d'autres plusieurs semaines. Mais toutes vivent à un rythme incroyablement rapide. Comme le dit De Duve: "Tout se passe à une vitesse hallucinante. On a du mal à imaginer."
Mais si on ralentissait le rythme du monde moléculaire pour pouvoir observer les interactions plus attentivement, ça deviendrait peut-être moins impressionnant. On verrait que la cellule, c'est juste des millions d'objets, des lysosomes, des endosomes, des ribosomes, des ligands, des péroxysomes, des protéines, de toutes les tailles et de toutes les formes, qui s'entrechoquent et qui accomplissent des tâches banales: extraire de l'énergie des nutriments, assembler de nouvelles structures, éliminer les déchets, se défendre contre les intrus, envoyer et recevoir des messages, réparer les dégâts. Une cellule contient environ 20 000 protéines différentes, et il y a au moins 50 000 molécules de chacune des 2000 protéines les plus courantes. "Ce qui signifie", dit Nuland, "que même si on ne comptait que les molécules dont il y a plus de 50 000 exemplaires, il y aurait au moins un milliard de molécules de protéines dans chaque cellule. C'est un chiffre ahurissant, qui nous donne une idée de l'intensité de l'activité biochimique à l'intérieur de notre corps."
Cette activité consomme énormément d'énergie. Votre cœur doit pomper environ 340 litres de sang par heure, plus de 8000 litres par jour, et 3 millions de litres par an. Assez pour remplir quatre piscines olympiques! Pour que toutes vos cellules reçoivent de l'oxygène frais. (Et ça, c'est au repos! Si vous faites du sport, ça peut être six fois plus!) L'oxygène est absorbé par les mitochondries, qui sont les centrales électriques des cellules. Il y a environ 1000 de ces centrales dans chaque cellule. Mais le nombre exact dépend du travail que fait la cellule et de l'énergie dont elle a besoin.
Vous vous souvenez peut-être qu'on a dit que les mitochondries étaient probablement des bactéries capturées, qui vivent maintenant à l'intérieur de nos cellules. Elles ont gardé leurs propres instructions génétiques, elles se divisent selon leur propre calendrier et elles parlent leur propre langage. Et vous vous souvenez peut-être aussi que c'est grâce à elles qu'on est en bonne santé. Parce que presque toute la nourriture et l'oxygène que vous ingérez sont transformés en une molécule appelée adénosine triphosphate, ou ATP.
Vous n'avez peut-être jamais entendu parler de l'ATP, mais c'est elle qui fait fonctionner votre corps. Les molécules d'ATP sont comme des petites batteries qui se déplacent dans la cellule et qui fournissent toute l'énergie nécessaire à son activité. À chaque instant de votre vie, il y a environ un milliard de molécules d'ATP dans chaque cellule de votre corps. Et toutes les deux minutes, elles sont épuisées et remplacées par un milliard de nouvelles molécules. Chaque jour, vous produisez et consommez environ la moitié de votre poids en ATP. Touchez votre peau chaude. C'est votre ATP qui travaille.
Quand une cellule n'est plus nécessaire, elle meurt de façon digne. Elle démonte tous les piliers et les arcs qui la soutiennent et elle dévore discrètement ses propres composants. Ce processus s'appelle l'apoptose, ou mort cellulaire programmée. Des milliards de cellules meurent pour vous chaque jour et des milliards d'autres nettoient leurs restes. Les cellules peuvent aussi mourir de façon brutale, par exemple quand vous avez une infection. Mais dans la plupart des cas, elles meurent sur commande. En fait, si elles ne reçoivent pas l'ordre de continuer à vivre, si elles ne reçoivent pas de signal d'activité d'une autre cellule, elles se suicident. Elles ont besoin d'être rassurées, ces cellules!
Parfois, une cellule ne meurt pas sur commande. Au lieu de ça, elle se met à se diviser et à se propager frénétiquement. C'est ce qu'on appelle le cancer. Les cellules cancéreuses sont juste des cellules qui se sont perdues. Les cellules font souvent ce genre d'erreur, mais le corps humain a des mécanismes complexes pour corriger ces erreurs. Ce n'est que très rarement que les choses dégénèrent. En moyenne, il y a une chance sur un milliard de milliards de divisions cellulaires qu'une personne développe une maladie mortelle. Le cancer, c'est vraiment une question de malchance.
Ce qui est incroyable, ce n'est pas que les choses tournent mal de temps en temps, c'est qu'elles fonctionnent bien la plupart du temps! Et pour ça, les cellules envoient et reçoivent des informations de tout le corps sans arrêt. Des informations en continu: des ordres, des questions, des corrections, des demandes d'aide, des mises à jour, des annonces de division ou de mort. La plupart de ces informations sont transmises par des entités chimiques appelées hormones, comme l'insuline, l'adrénaline, la thyroxine ou la testostérone. Elles viennent des glandes thyroïde et endocrines. D'autres informations viennent du cerveau ou de centres régionaux. Ce processus s'appelle la "signalisation paracrine". Et enfin, les cellules communiquent directement avec leurs voisines pour s'assurer qu'elles agissent de concert.
Ce qui est le plus frappant, c'est que les cellules sont toujours en mouvement et qu'elles s'entrechoquent sans arrêt. Et tout ça, c'est juste à cause des lois fondamentales de l'attraction et de la répulsion. Il n'y a aucune intelligence dans les mouvements des cellules. Tous les mouvements se produisent calmement, répétitivement et de façon fiable. Si bien qu'on s'en rend rarement compte. Pourtant, tout cela maintient l'ordre à l'intérieur des cellules et permet à l'organisme de fonctionner en parfaite harmonie. Des billions et des billions de réactions chimiques réflexes s'additionnent pour former vous, un être capable d'agir, de penser, d'avoir des opinions. Ou un scarabée pas très futé mais quand même parfaitement organisé. N'oubliez jamais que chaque être vivant est un miracle d'ingénierie atomique.
Certains organismes qu'on considère comme très primitifs ont une organisation cellulaire qui fait paraître la nôtre bâclée et banale. Si vous dissociez les cellules d'une éponge (par exemple, en la faisant passer dans un filtre) et que vous les versez dans une solution, elles vont très vite se rassembler et reformer une éponge. Vous pouvez recommencer l'expérience autant de fois que vous voulez, elles se reconstitueront toujours. Parce que, comme vous et moi, et tous les autres êtres vivants, elles ont une impulsion irrésistible: continuer à vivre.
Et tout ça, c'est grâce à une molécule très étrange, inflexible, et qu'on connaît mal. Une molécule qui n'est pas vivante elle-même et qui, la plupart du temps, ne fait rien. Son nom, c'est ADN. Mais avant de comprendre son importance pour la science et pour nous, il faut remonter d'environ 160 ans, à l'époque victorienne, à l'époque du naturaliste Charles Darwin. C'est lui qui a proposé une "théorie exceptionnelle", mais qu'il a gardée enfermée dans un tiroir pendant 15 ans. Et pour comprendre pourquoi, il faut qu'on s'attarde un peu.