Biologie du lycée · Grades 10–12

2La cellule, unité commune du vivant

Grattez l’intérieur de votre joue avec un coton-tige, étalez le prélèvement sur une lame, ajoutez une goutte de colorant bleu et regardez au microscope à quatre cents fois : une dispersion de tuiles plates et irrégulières, chacune avec une tache plus sombre près de son centre. Détachez la fine pellicule qui tapisse une écaille d’oignon et regardez de nouveau : de sages briques rectangulaires, chacune avec sa tache. L’eau d’une mare montre des créatures ovales qui passent en ramant, frangées de cils. Les trois échantillons n’ont rien de commun à l’œil nu. Sous l’objectif, ils sont bâtis avec le même objet — la cellule — et ce chapitre dit ce qu’est cet objet, comment on le voit, et pourquoi tout être vivant en est fait.

2.1 La théorie cellulaire

Définition 2.1 (Cellule)

Une cellule est la plus petite unité d’un être vivant qui soit elle-même vivante : un volume de contenu aqueux, le cytoplasme, enfermé par une fine membrane plasmique qui le sépare de son environnement tout en laissant passer certaines substances. Une cellule prend de la matière et de l’énergie, les transforme, grandit, et se divise en deux cellules.

Proposition 2.2 (La théorie cellulaire)

Trois énoncés, établis au microscope au dix-neuvième siècle, forment la théorie cellulaire :

tout être vivant est fait d’une ou de plusieurs cellules ;
la cellule est l’unité de structure et de fonction des êtres vivants — rien de plus petit n’est vivant par soi-même ;
toute cellule provient d’une cellule préexistante, par division.

Faits expérimentaux. Le premier énoncé repose sur l’examen systématique des végétaux (Schleiden, 1838) et des animaux (Schwann, 1839) avec des microscopes améliorés : chaque tissu examiné, si différent fût-il d’aspect, se résolvait en cellules. Le troisième a été établi par Virchow (1855) et par l’observation de cellules en division dans les tissus en croissance ; la solution de rechange — des cellules se formant spontanément à partir d’un liquide — n’a jamais été observée, et les expériences de Pasteur sur les microbes (le Chapitre 18 y revient) ont clos la question. Le deuxième découle du premier et du fait que des cellules isolées, maintenues dans un liquide convenable, continuent de vivre, alors qu’aucun fragment de cellule ne le fait. ∎

Exemple 2.3 (Une cellule ou beaucoup)

Une levure, une paramécie ou une bactérie est une cellule unique qui fait tout — se nourrir, se déplacer, se diviser. Un chêne ou un humain est une coopérative de cellules de nombreuses sortes, chacune prenant sa part du travail : un corps humain contient quelque $3 \times 10^{13}$ cellules, d’environ deux cents sortes. Entre les deux se placent des colonies et des organismes pluricellulaires simples, mais il n’existe aucun être vivant bâti avec autre chose que des cellules.

2.2 Voir les cellules : échelles et microscopes

Définition 2.4 (Grossissement et résolution)

Le grossissement d’un instrument est le rapport de la taille de l’image à la taille de l’objet. Sa résolution est la plus petite distance entre deux points qu’il montre encore séparés. Grossir une image au-delà de ce que la résolution justifie agrandit le flou, non le détail.

Proposition 2.5 (Deux instruments, deux échelles)

Le microscope optique grossit jusqu’à environ $\times 1500$ avec une résolution d’environ $0.2\,\text{µ}\mathrm{m}$ : il montre les cellules, les noyaux, les chloroplastes et les bactéries, en couleur et vivants. Le microscope électronique utilise un faisceau d’électrons au lieu de la lumière : résolution inférieure au $1\,\mathrm{nm}$ , grossissement jusqu’à $\times 10^6$ ; il révèle la structure interne de la cellule — membranes, mitochondries, ribosomes, et jusqu’aux grosses molécules — mais sur un échantillon mort, déshydraté et découpé en tranches plus minces qu’un micromètre.

Démonstration. Admis à ce niveau. ∎

Des tailles sur une échelle logarithmique : chaque cran est dix fois plus grand. L’œil nu résout environ 0.1\, mm ; le microscope optique atteint 0.2\, µ m et voit les cellules entières et les bactéries ; le microscope électronique résout le nanomètre et montre les pièces internes. — Des tailles sur une échelle logarithmique : chaque cran est dix fois plus grand. L’œil nu résout environ $0.1\,\mathrm{mm}$ ; le microscope optique atteint $0.2\,\text{µ}\mathrm{m}$ et voit les cellules entières et les bactéries ; le microscope électronique résout le nanomètre et montre les pièces internes.

Méthode 2.6 (Mesurer un objet sur une micrographie)

Une micrographie porte soit un grossissement, soit une échelle.

Avec une échelle : mesurer la barre sur la page (disons $12\,\mathrm{mm}$ pour une barre annotée $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ ) et l’objet ( $30\,\mathrm{mm}$ ) ; la taille réelle est $30 \times 10/12 = 25\,\text{µ}\mathrm{m}$ .
Avec un grossissement : taille réelle $=$ taille mesurée divisée par le grossissement ; une cellule dessinée sur $20\,\mathrm{mm}$ de long à $\times 400$ mesure $20/400 = 0.05\,\mathrm{mm} = 50\,\text{µ}\mathrm{m}$ .
Toujours préciser l’unité, et convertir : $1\,\mathrm{mm} = 1000\,\text{µ}\mathrm{m}$ , $1\,\text{µ}\mathrm{m} = 1000\,\mathrm{nm}$ .

Exemple 2.7 (Cellules de la joue)

Une cellule de joue dessinée sur $24\,\mathrm{mm}$ de large à partir d’une image à $\times 400$ mesure $24/400 = 0.06\,\mathrm{mm} = 60\,\text{µ}\mathrm{m}$ en travers, et son noyau, dessiné sur $3\,\mathrm{mm}$ , environ $8\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Un globule rouge mesure $7\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; les bactéries de la bouche, longues de $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ , n’apparaissent au même grossissement que comme des points à peine résolus.

2.3 À l’intérieur de la cellule

Définition 2.8 (Organite)

Un organite est une structure interne à la cellule, enfermée par sa propre membrane, qui accomplit une tâche déterminée. Les principaux sont :

le noyau, qui contient les chromosomes — l’ADN du Chapitre 3 — et commande l’activité de la cellule ;
les mitochondries, longues d’environ $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ , où les molécules organiques sont dégradées avec de l’oxygène pour libérer de l’énergie utilisable (la respiration cellulaire, Chapitre 4) ;
dans les cellules végétales, les chloroplastes, verts de chlorophylle, où se fait la photosynthèse, et une grande vacuole pleine d’eau qui maintient la cellule turgescente.

En dehors de la membrane, une cellule végétale est enfermée dans une paroi rigide de cellulose ; les cellules animales n’en ont pas. Le cytoplasme de toute cellule contient aussi des millions de ribosomes, particules d’environ $25\,\mathrm{nm}$ qui assemblent les protéines, visibles seulement au microscope électronique.

Deux cellules eucaryotes, schématiquement. Toutes deux ont une membrane, un cytoplasme avec des mitochondries (en orange) et un noyau ; la cellule végétale y ajoute une paroi de cellulose, des chloroplastes (en vert) et une grande vacuole centrale. Aucune n’est à l’échelle : un vrai noyau fait environ le dixième de la largeur de la cellule, et les mitochondries sont cent fois plus petites qu’elle.

Définition 2.9 (Procaryotes et eucaryotes)

Une cellule dont l’ADN est enfermé dans un noyau est une cellule eucaryote : les animaux, les végétaux, les champignons et beaucoup d’organismes unicellulaires sont des eucaryotes. Une cellule procaryote n’a ni noyau ni organite entouré d’une membrane : son ADN baigne librement dans le cytoplasme, sa taille est de l’ordre du $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ , et elle est entourée d’une paroi qui lui est propre. Les bactéries sont des procaryotes.

Exemple 2.10 (Lire une bactérie)

Une micrographie électronique de la bactérie intestinale Escherichia coli montre un bâtonnet long de $2\,\text{µ}\mathrm{m}$ et large de $0.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ : une paroi, une membrane juste en dessous, un cytoplasme granuleux bourré de ribosomes, et une région centrale plus claire où repose l’unique molécule d’ADN circulaire. Pas de noyau, pas de mitochondrie. Et pourtant la cellule se nourrit, grandit et se divise toutes les vingt minutes dans un bouillon riche : tout ce que la théorie cellulaire exige, dans un millième du volume d’une cellule de joue.

Une cellule végétale ouverte : la paroi rigide, la fine membrane plaquée contre elle, le noyau, les chloroplastes verts et la vacuole qui occupe l’essentiel du volume.

2.4 Beaucoup de cellules, beaucoup de formes : la spécialisation

Proposition 2.11 (Cellules spécialisées)

Dans un organisme pluricellulaire, les cellules partagent le même plan de base et le même ADN, mais chaque sorte a une forme et un équipement accordés à sa tâche : un neurone étend une fibre longue jusqu’à un mètre pour porter les signaux ; un globule rouge a perdu son noyau et est un disque aplati bourré d’hémoglobine ; une fibre musculaire est une cellule géante pleine de protéines contractiles ; un poil absorbant est un tube fin qui maximise la surface d’absorption de l’eau ; une cellule de garde d’une feuille change de forme pour ouvrir ou fermer un pore. La spécialisation est affaire des parties du plan commun que l’on développe.

Démonstration. Admis à ce niveau. ∎

Exemple 2.12 (Surface et volume)

Pourquoi les cellules sont-elles si petites ? Tout ce qu’une cellule prend ou rejette traverse sa membrane, dont l’aire croît comme le carré de la taille, tandis que les besoins croissent comme le volume, donc comme le cube. Une cellule cubique de côté $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ a une surface de $600\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ pour un volume de $1000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ : $0.6\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ de membrane par micromètre cube. À $100\,\text{µ}\mathrm{m}$ de côté, le rapport tombe à $0.06\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ : dix fois moins de membrane par unité de contenu. Une grande cellule mourrait de faim en son centre ; les cellules qui sont grandes (un œuf de grenouille, une fibre musculaire) sont soit surtout de la réserve inerte, soit allongées de sorte qu’aucun point ne soit loin de la surface.

Une goutte d’eau de mare au microscope optique : une paramécie, cellule unique longue d’un quart de millimètre, passe en ramant devant des algues vertes sous le battement de milliers de cils minuscules. Une cellule, et un organisme entier.

Remarque 2.13 (La cellule, système ouvert)

Une cellule n’est pas un sac étanche. L’eau, l’oxygène, le glucose et les ions traversent sa membrane en permanence, et ses déchets sortent par le même chemin ; une cellule de joue placée dans de l’eau pure gonfle et éclate en quelques minutes, et une cellule placée dans de l’eau très salée se ratatine. Le contrôle exercé par la membrane sur ce qui entre et sort fait l’objet du volume de Licence 1^re année ; pour l’instant, retenez qu’une cellule vit en échangeant avec son environnement, et meurt quand les échanges s’arrêtent.

2.5 Exercices

Exercice 2.1 ★

Énoncer les trois affirmations de la théorie cellulaire.

Solution

Solution de Exercice 2.1.

Tout être vivant est fait d’une ou de plusieurs cellules ; la cellule est l’unité de structure et de fonction ; toute cellule provient d’une cellule préexistante, par division.

Exercice 2.2 ★

Convertir : $0.05\,\mathrm{mm}$ en micromètres ; $2500\,\mathrm{nm}$ en micromètres ; $7\,\text{µ}\mathrm{m}$ en millimètres.

Solution

Solution de Exercice 2.2.

$50\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; $2.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; $0.007\,\mathrm{mm}$ .

Exercice 2.3 ★

Une cellule est dessinée sur $36\,\mathrm{mm}$ de long à partir d’une image à $\times 600$ . Quelle est sa longueur réelle ?

Solution

Solution de Exercice 2.3.

$36/600 = 0.06\,\mathrm{mm} = 60\,\text{µ}\mathrm{m}$ .

Exercice 2.4 ★

Nommer trois structures présentes dans une cellule végétale et absentes d’une cellule animale, et une structure présente dans toute cellule.

Solution

Solution de Exercice 2.4.

Végétale seulement : paroi, chloroplastes, grande vacuole centrale. Toute cellule : une membrane plasmique (ainsi qu’un cytoplasme et des ribosomes).

Exercice 2.5 ★

Quelle est la différence entre une cellule procaryote et une cellule eucaryote ? Donner un exemple de chacune.

Solution

Solution de Exercice 2.5.

Une cellule eucaryote garde son ADN dans un noyau et possède des organites entourés d’une membrane (une cellule de joue, une levure) ; une cellule procaryote n’a ni l’un ni les autres, son ADN baigne librement dans le cytoplasme, et elle mesure environ $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ (une bactérie comme E. coli).

Exercice 2.6 ★★

Sur une micrographie, une échelle annotée $5\,\text{µ}\mathrm{m}$ mesure $15\,\mathrm{mm}$ ; une mitochondrie mesure $6\,\mathrm{mm}$ de long. Calculer la longueur réelle de la mitochondrie et le grossissement de l’image.

Solution

Solution de Exercice 2.6.

Longueur réelle $6 \times 5/15 = 2\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Grossissement : la barre mesure $15\,\mathrm{mm}$ pour $5\,\text{µ}\mathrm{m}$ $= 0.005\,\mathrm{mm}$ , donc $15/0.005 = 3000$ : $\times 3000$ .

Exercice 2.7 ★★

Pourquoi un microscope optique ne peut-il pas montrer les ribosomes, quel que soit son grossissement ? Utiliser les deux mots de la Définition 2.4.

Solution

Solution de Exercice 2.7.

Un ribosome ( $25\,\mathrm{nm}$ ) est dix fois plus petit que la résolution du microscope optique ( $0.2\,\text{µ}\mathrm{m}$ $= 200\,\mathrm{nm}$ ) : deux ribosomes voisins, ou un ribosome et son entourage, ne peuvent pas être distingués. Grossir davantage ne fait qu’agrandir le flou.

Exercice 2.8 ★★

De l’eau iodée est ajoutée à une tranche de pomme de terre sous le microscope : la couleur bleu-noir apparaît dans des grains ovales à l’intérieur des cellules. À l’aide du Chapitre 1, dire ce que sont ces grains et ce que cela montre sur le lieu où une plante stocke ses réserves.

Solution

Solution de Exercice 2.8.

Ces grains sont de l’amidon, stocké à l’intérieur des cellules sous forme de grains solides (l’amidon est insoluble). Les réserves d’une plante sont gardées dans ses cellules, et non dans un espace entre elles.

Exercice 2.9 ★★

Les cellules de l’épiderme d’oignon montrent un noyau et une paroi mais aucun chloroplaste, alors que les cellules d’une feuille de mousse en sont pleines. Expliquer la différence à partir du lieu où vit chaque tissu.

Solution

Solution de Exercice 2.9.

L’écaille d’oignon pousse sous terre, à l’obscurité, et stocke des réserves : des chloroplastes n’y serviraient à rien. La feuille de mousse vit à la lumière et fabrique sa nourriture par photosynthèse, si bien que ses cellules en sont bourrées. Même plan, équipement différent.

Exercice 2.10 ★★

Calculer le rapport surface/volume d’une cellule cubique de côté $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ (une bactérie) et de côté $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ (une cellule animale ordinaire). Laquelle peut se contenter de la simple diffusion à travers sa membrane ?

Solution

Solution de Exercice 2.10.

Côté $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ : surface $6\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ , volume $1\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ , rapport 6 par micromètre. Côté $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ : surface $2400\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ , volume $8000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ , rapport 0.3. La bactérie a vingt fois plus de membrane par unité de contenu et vit de la seule diffusion ; la cellule plus grande a besoin d’un transport interne et d’organites.

Exercice 2.11 ★★

Une bactérie en bouillon riche se divise toutes les $20\,\mathrm{min}$ . À partir d’une cellule, combien y en a-t-il après $2\,\mathrm{h}$ ? Après $4\,\mathrm{h}$ ?

Solution

Solution de Exercice 2.11.

$2\,\mathrm{h}$ font 6 divisions : $2^6 = 64$ cellules. $4\,\mathrm{h}$ en font 12 : $2^{12} = 4096$ .

Exercice 2.12 ★★★

Un globule rouge n’a ni noyau ni mitochondrie. Satisfait-il à la Définition 2.1 ? Discuter, sachant qu’il vit environ 120 jours, ne peut pas se diviser, et est produit par des cellules nucléées de la moelle osseuse.

Solution

Solution de Exercice 2.12.

Il a une membrane, un cytoplasme, et il prend et rejette des substances : il répond donc à l’essentiel de la définition, mais il ne peut ni se diviser ni renouveler ses protéines. C’est une cellule qui a renoncé à une partie du programme en échange de place pour l’hémoglobine, et qui est fabriquée et remplacée par des cellules complètes. La définition décrit le cas général ; le globule rouge en est une forme spécialisée et terminale.

Exercice 2.13 ★★★

En 1665, Hooke voyait des « cellules » dans une tranche de liège — des boîtes vides aux parois épaisses. Expliquer ce qu’il a réellement vu, dans le vocabulaire de ce chapitre, et pourquoi il n’aurait pas pu y voir de noyau.

Solution

Solution de Exercice 2.13.

Le liège est un tissu mort : Hooke a vu les parois de cellulose de cellules dont le contenu vivant avait disparu — des boîtes vides. Un noyau n’existe que dans le cytoplasme d’une cellule vivante et, de toute façon, la résolution de son microscope et l’absence de colorants le lui auraient caché.

Exercice 2.14 ★★★

Les virus sont des particules de $20\,\mathrm{nm}$ à $300\,\mathrm{nm}$ qui contiennent un acide nucléique et des protéines, ne peuvent ni croître ni se diviser seules, et ne se multiplient qu’à l’intérieur d’une cellule. Sont-ils des cellules ? Sont-ils vivants ? Argumenter à partir de la théorie cellulaire.

Solution

Solution de Exercice 2.14.

Un virus n’a pas de cytoplasme, pas de membrane qu’il fabrique lui-même, pas de métabolisme, et il ne peut pas se diviser : il ne répond pas à la définition d’une cellule. Selon la théorie cellulaire, il n’est pas vivant par lui-même ; c’est une particule qui emprunte la machinerie d’une cellule pour se faire copier. Décider de l’appeler « vivant » est affaire de définition ; qu’il ne soit pas une cellule ne l’est pas.

Exercice 2.15 ★★★

Une fibre musculaire est une cellule unique longue de $3\,\mathrm{cm}$ et large de $50\,\text{µ}\mathrm{m}$ , contenant des centaines de noyaux. Calculer son volume et le comparer à celui d’une cellule cubique de $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ ; puis expliquer, à partir de l’Exemple 2.12, pourquoi sa forme et ses nombreux noyaux rendent une telle taille viable.

Solution

Solution de Exercice 2.15.

Volume $\pi \times (25\,\text{µ}\mathrm{m})^2 \times 30000\,\text{µ}\mathrm{m} \approx 5.9 \times 10^{7}\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ , soit environ 7000 fois les $8000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ du cube. Comme c’est un cylindre mince, aucun point de la fibre n’est à plus de $25\,\text{µ}\mathrm{m}$ de la membrane, et les échanges restent donc rapides ; et chaque noyau ne gouverne que sa portion de fibre, de sorte qu’aucun noyau n’a à desservir un volume plus grand que celui d’une cellule ordinaire.

2.6 Problème : compter les cellules d’un corps

Problème 2.1

Problème du week-end — une séance de microscopie, de l’épiderme d’oignon posé sur la lame à une estimation du nombre de cellules d’un corps humain

Une classe passe un après-midi au microscope. Les objectifs disponibles donnent des grossissements totaux de $\times 40$ , $\times 100$ et $\times 400$ ; le champ de vision à $\times 100$ mesure $1.8\,\mathrm{mm}$ en travers.

Partie I — L’oignon.

À $\times 100$ , environ 9 cellules d’oignon tiennent côte à côte en travers du champ. Estimer la largeur d’une cellule, en micromètres.
À $\times 400$ , le champ est quatre fois plus étroit. Quelle est sa largeur, et combien de ces cellules y tiennent ?
Un élève dessine une cellule sur $28\,\mathrm{mm}$ de large à partir de l’image à $\times 400$ . Quel est le grossissement du dessin par rapport à la cellule réelle ?
L’eau iodée colore le noyau en jaune-brun ; l’élève le mesure à $4\,\mathrm{mm}$ sur le dessin. Diamètre réel ?
Nommer les structures que l’élève devrait annoter sur le dessin, et une structure présente qui ne peut pas être vue à ce grossissement.

Partie II — La joue et la mare.

Les cellules de joue colorées au bleu de méthylène apparaissent comme des polygones plats d’environ $60\,\text{µ}\mathrm{m}$ de large mais de $5\,\text{µ}\mathrm{m}$ d’épaisseur seulement. Pourquoi sont-elles plates, vu leur provenance ?
Une goutte d’eau de mare montre une paramécie longue de $240\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Peut-elle être vue à l’œil nu ? À quel grossissement remplit-elle le quart du champ ?
De minuscules points mobiles longs d’environ $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ sont visibles près de la paramécie à $\times 400$ . Que sont-ils, très probablement, et qu’ajouterait un microscope électronique ?
La paramécie est une cellule unique ; la cellule de joue est l’une de milliers de milliards. Dire en une phrase chacun ce que « spécialisée » signifie pour la cellule de joue et pourquoi le mot ne peut pas s’appliquer à la paramécie.
Un élève ajoute une goutte d’eau salée aux cellules de joue et les voit se ratatiner. Expliquer avec la Remarque 2.13.

Partie III — La taille d’une cellule.

Prendre une cellule humaine ordinaire pour un cube de côté $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ . Calculer son volume en micromètres cubes, puis en millimètres cubes ( $1\,\mathrm{mm}^{3} = 10^9\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ ).
Calculer son aire et le rapport surface/volume.
Refaire le calcul pour une bactérie prise pour un cube de côté $1\,\text{µ}\mathrm{m}$ . De quel facteur son rapport est-il plus grand ?
Les cellules ont une masse à peu près égale à celle d’un même volume d’eau ( $1\,\mathrm{g}$ par $\mathrm{cm}^{3}$ ). Estimer la masse de la cellule de $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ en nanogrammes ( $1\,\mathrm{g} = 10^9\,\mathrm{ng}$ ).
Un globule rouge est un disque de $7\,\text{µ}\mathrm{m}$ de diamètre et $2\,\text{µ}\mathrm{m}$ d’épaisseur. Estimer son volume (le traiter comme un cylindre, $V = \pi r^2 h$ ) et le comparer au cube de la question 11.

Partie IV — Le nombre de cellules d’un corps.

Un élève de masse $60\,\mathrm{kg}$ a un volume d’environ $60\,\mathrm{L}$ . Si le corps n’était fait que de cellules cubiques de $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ , combien en contiendrait-il ?
En réalité, environ un tiers du volume du corps est du liquide entre les cellules et d’autres matériaux non cellulaires. Corriger l’estimation.
Les globules rouges comptent à eux seuls pour environ $2.5 \times 10^{13}$ . À l’aide du volume de la question 15, quel volume occupent-ils ? Est-ce compatible avec un volume sanguin d’environ $4.5\,\mathrm{L}$ dont 45 % de cellules ?
Combiner les questions 17 et 18 : donner un ordre de grandeur du nombre total de cellules du corps, et dire pourquoi un compte précis est impossible.
Énoncer le résultat : combien de cellules, en gros, font un humain, et par quel processus — à partir de quel nombre initial — ont-elles toutes été produites ?

Solution

Solution de Problème 2.1.

1. $1.8/9 = 0.2\,\mathrm{mm} = 200\,\text{µ}\mathrm{m}$ .

2. $1.8/4 = 0.45\,\mathrm{mm}$ ; environ deux cellules y tiennent.

3. $28/0.2 = 140$ : le dessin est à $\times 140$ .

4. $4/140 \approx 0.029\,\mathrm{mm}$ , soit environ $30\,\text{µ}\mathrm{m}$ .

5. Paroi, membrane plasmique (plaquée contre la paroi), cytoplasme, noyau, vacuole. Présents mais invisibles à $\times 400$ : les ribosomes (et les mitochondries sont à la limite).

6. Elles viennent de la surface d’un revêtement épais de plusieurs cellules et constamment frotté : les cellules les plus externes sont aplaties et desquament, ce qui explique qu’un coton-tige les récolte.

7. $0.24\,\mathrm{mm}$ , c’est juste au-dessus de la limite de $0.1\,\mathrm{mm}$ de l’œil nu : un point tout juste visible. À $\times 100$ , elle occupe $0.24/1.8 \approx 13\%$ du champ, à $\times 400$ plus de la moitié ; aucun objectif disponible n’en donne exactement le quart.

8. Des bactéries. Le microscope électronique montrerait leur paroi, leur membrane, leurs ribosomes et leur région à ADN, ainsi que l’absence de noyau.

9. La cellule de joue fait un seul métier (protéger une surface) dans un corps où d’autres cellules la nourrissent, l’oxygènent et la coordonnent ; la paramécie n’a personne d’autre et doit se nourrir, se déplacer, percevoir et se diviser en tant que cellule unique.

10. L’extérieur est désormais plus salé que le cytoplasme, si bien que l’eau quitte la cellule à travers la membrane ; la cellule perd du volume et se ratatine.

11. $20^3 = 8000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3} = 8 \times 10^{-6}\,\mathrm{mm}^{3}$ .

12. $6 \times 20^2 = 2400\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ ; rapport $2400/8000 = 0.3$ par micromètre.

13. Surface $6\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ , volume $1\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ , rapport 6 : vingt fois plus grand.

14. $8000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3} = 8 \times 10^{-9}\,\mathrm{cm}^{3}$ , d’où environ $8 \times 10^{-9}\,\mathrm{g} = 8\,\mathrm{ng}$ .

15. $\pi \times 3.5^2 \times 2 \approx 77\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ , soit environ un centième du cube.

16. $60\,\mathrm{L} = 6 \times 10^{16}\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ ; divisé par 8000 : environ $7.5 \times 10^{12}$ cellules.

17. Les deux tiers de ce nombre : environ $5 \times 10^{12}$ .

18. $2.5 \times 10^{13} \times 77 \approx 1.9 \times 10^{15}\,\text{µ}\mathrm{m}^{3} \approx 1.9\,\mathrm{L}$ . Cellules sanguines : $0.45 \times 4.5 \approx 2.0\,\mathrm{L}$ — cohérent.

19. Environ $5 \times 10^{12}$ grandes cellules plus $2.5 \times 10^{13}$ globules rouges : quelque $3 \times 10^{13}$ , soit quelques dizaines de milliers de milliards. Les tailles de cellules varient d’un facteur cent et la composition en types varie aussi, de sorte que tout comptage est une estimation à un facteur deux ou trois près.

20. Environ trente mille milliards ( $3 \times 10^{13}$ ) de cellules, toutes produites par divisions cellulaires successives à partir d’une seule cellule initiale, la cellule-œuf.

Termes définis dans ce chapitre

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