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1.3 : Fondements de la théorie cellulaire moderne - Biologie

1.3 : Fondements de la théorie cellulaire moderne - Biologie


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Objectifs d'apprentissage

  • Expliquer les points clés de la théorie cellulaire et les contributions individuelles de Hooke, Schleiden, Schwann, Remak et Virchow
  • Expliquer les contributions de Semmelweis, Snow, Pasteur, Lister et Koch au développement de la théorie des germes

Alors que certains scientifiques se disputaient la théorie de la génération spontanée, d'autres scientifiques faisaient des découvertes menant à une meilleure compréhension de ce que nous appelons maintenant la théorie cellulaire. La théorie cellulaire moderne a trois principes de base :

  • Tous les organismes sont constitués de cellules
  • Toutes les cellules ne proviennent que d'autres cellules (principe de la biogenèse).
  • Les cellules sont les unités fondamentales de la structure et de la fonction des organismes.

Aujourd'hui, ces principes sont fondamentaux pour notre compréhension de la vie sur terre. Cependant, la théorie cellulaire moderne est née du travail collectif de nombreux scientifiques.

Les origines de la théorie cellulaire

Le scientifique anglais Robert Hooke a utilisé pour la première fois le terme «cellules» en 1665 pour décrire les petites chambres dans le liège qu'il a observées sous un microscope de sa propre conception. Pour Hooke, de fines sections de liège ressemblaient à des « peignes à miel » ou à des « petites boîtes ou vessies d'air ». Il a noté que chaque « caverne, bulle ou cellule » était distincte des autres (Figure (PageIndex{1})). À l'époque, Hooke ne savait pas que les cellules de liège étaient mortes depuis longtemps et, par conséquent, n'avaient pas les structures internes trouvées dans les cellules vivantes.

Malgré la description précoce des cellules par Hooke, leur importance en tant qu'unité fondamentale de la vie n'était pas encore reconnue. À peu près à la même époque, un marchand de draps hollandais du nom d'Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) fut le premier à développer une lentille suffisamment puissante pour voir les microbes. En 1675, à l'aide d'un microscope simple mais puissant de sa propre fabrication, Leeuwenhoek a pu observer des organismes unicellulaires, qu'il a décrits comme des « animalcules » ou « de petites bêtes », nageant dans une goutte d'eau de pluie. D'après ses dessins de ces petits organismes, nous savons maintenant qu'il regardait des bactéries et des protistes. Pour cette raison, il est connu comme le « père de la microbiologie ».

Près de 200 ans plus tard, en 1838, Matthias Schleiden (1804-1881), un botaniste allemand qui a fait des observations microscopiques approfondies des tissus végétaux, les a décrits comme étant composés de cellules. La visualisation des cellules végétales était relativement facile car les cellules végétales sont clairement séparées par leurs parois cellulaires épaisses. Schleiden croyait que les cellules se formaient par cristallisation plutôt que par division cellulaire.

Theodor Schwann (1810-1882), un physiologiste allemand de renom, a fait des observations microscopiques similaires de tissus animaux. En 1839, après une conversation avec Schleiden, Schwann réalisa qu'il existait des similitudes entre les tissus végétaux et animaux. Cela a jeté les bases de l'idée que les cellules sont les composants fondamentaux des plantes et des animaux.

Dans les années 1850, deux scientifiques polonais vivant en Allemagne ont poussé cette idée plus loin, aboutissant à ce que nous reconnaissons aujourd'hui comme la théorie cellulaire moderne. En 1852, Robert Remak (1815-1865), un éminent neurologue et embryologiste, a publié des preuves convaincantes que les cellules sont dérivées d'autres cellules à la suite de la division cellulaire. Cependant, cette idée a été remise en question par de nombreux membres de la communauté scientifique. Trois ans plus tard, Rudolf Virchow (1821-1902), un pathologiste très respecté, a publié un essai éditorial intitulé « Cellular Pathology », qui a popularisé le concept de théorie cellulaire en utilisant la phrase latine omnis cellula a cellula (« toutes les cellules proviennent des cellules »), qui est essentiellement le deuxième principe de la théorie cellulaire moderne.1 Compte tenu de la similitude des travaux de Virchow avec ceux de Remak, il existe une certaine controverse quant à savoir quel scientifique devrait recevoir le crédit pour avoir articulé la théorie cellulaire. Voir l'article suivant Eye on Ethics pour en savoir plus sur cette controverse.

Science et plagiat

Rudolf Virchow, un éminent scientifique allemand né en Pologne, est souvent considéré comme le « père de la pathologie ». Bien connu pour ses approches novatrices, il a été l'un des premiers à déterminer les causes de diverses maladies en examinant leurs effets sur les tissus et les organes. Il a également été parmi les premiers à utiliser des animaux dans ses recherches et, à la suite de ses travaux, il a été le premier à nommer de nombreuses maladies et à créer de nombreux autres termes médicaux. Au cours de sa carrière, il a publié plus de 2 000 articles et dirigé divers établissements médicaux importants, notamment la Charité - Universitätsmedizin Berlin, un hôpital et une école de médecine de premier plan à Berlin. Mais il est peut-être mieux connu pour son essai éditorial de 1855 intitulé « Cellular Pathology », publié dans Archiv für Pathologische Anatomie und Physiologie, une revue que Virchow lui-même a cofondée et qui existe toujours aujourd'hui.

Malgré son héritage scientifique important, il existe une certaine controverse concernant cet essai, dans lequel Virchow a proposé le principe central de la théorie cellulaire moderne, à savoir que toutes les cellules proviennent d'autres cellules. Robert Remak, un ancien collègue qui travaillait dans le même laboratoire que Virchow à l'université de Berlin, avait publié la même idée trois ans auparavant. Bien qu'il semble que Virchow était familier avec le travail de Remak, il a négligé de créditer les idées de Remak dans son essai. Lorsque Remak a écrit une lettre à Virchow soulignant les similitudes entre les idées de Virchow et les siennes, Virchow était dédaigneux. En 1858, dans la préface d'un de ses livres, Virchow écrivait que sa publication de 1855 n'était qu'un article éditorial, pas un article scientifique, et qu'il n'était donc pas nécessaire de citer le travail de Remak.

Selon les normes d'aujourd'hui, la pièce éditoriale de Virchow serait certainement considérée comme un acte de plagiat, puisqu'il présentait les idées de Remak comme les siennes. Cependant, au 19e siècle, les normes d'intégrité académique étaient beaucoup moins claires. La solide réputation de Virchow, associée au fait que Remak était juif dans un climat politique quelque peu antisémite, le protégeait de toute répercussion importante. Aujourd'hui, le processus d'examen par les pairs et la facilité d'accès à la littérature scientifique contribuent à décourager le plagiat. Bien que les scientifiques soient toujours motivés à publier des idées originales qui font progresser les connaissances scientifiques, ceux qui envisageraient de plagier sont bien conscients des graves conséquences.

Dans le monde universitaire, le plagiat représente le vol à la fois de la pensée individuelle et de la recherche, une infraction qui peut détruire des réputations et mettre fin à des carrières.2 3 4 5

Exercice (PageIndex{1})

  1. Quels sont les points clés de la théorie cellulaire ?
  2. Quelles contributions Rudolf Virchow et Robert Remak ont-ils apportées au développement de la théorie cellulaire ?

La théorie des germes de la maladie

Avant la découverte des microbes au 17e siècle, d'autres théories ont circulé sur les origines de la maladie. Par exemple, les anciens Grecs ont proposé la théorie des miasmes, qui soutenait que la maladie provenait de particules émanant de la matière en décomposition, comme celle des eaux usées ou des fosses d'aisance. De telles particules infectaient les humains à proximité immédiate de la matière en décomposition. Des maladies, dont la peste noire, qui a ravagé la population européenne au Moyen Âge, étaient censées provenir de cette façon.

En 1546, le médecin italien Girolamo Fracastoro proposa, dans son essai De Contagion et Contagiose Morbis, que les spores ressemblant à des graines peuvent être transférées d'un individu à l'autre par contact direct, exposition à des vêtements contaminés ou par voie aérienne. Nous reconnaissons maintenant Fracastoro comme l'un des premiers partisans de la théorie des germes de la maladie, qui affirme que les maladies peuvent résulter d'une infection microbienne. Cependant, au 16e siècle, les idées de Fracastoro n'étaient pas largement acceptées et seraient largement oubliées jusqu'au 19e siècle.

En 1847, l'obstétricien hongrois Ignaz Semmelweis (Figure (PageIndex{3})) a observé que les mères qui accouchaient dans des services hospitaliers dotés de médecins et d'étudiants en médecine étaient plus susceptibles de souffrir et de mourir de fièvre puerpérale après l'accouchement (10 %– taux de mortalité de 20 %) que les mères dans les services dotés de sages-femmes (taux de mortalité de 1 %). Semmelweis a observé des étudiants en médecine pratiquer des autopsies puis des examens vaginaux sur des patientes vivantes sans se laver les mains entre les deux. Il soupçonnait les étudiants de transmettre la maladie des autopsies aux patients qu'ils examinaient. Ses soupçons étaient étayés par la mort prématurée d'un ami, un médecin qui a contracté une infection mortelle de la plaie après un examen post mortem d'une femme décédée d'une infection puerpérale. La blessure du médecin décédé avait été causée par un scalpel utilisé lors de l'examen, et sa maladie et sa mort subséquentes ressemblaient étroitement à celles du patient décédé.

Bien que Semmelweis ne connaisse pas la véritable cause de la fièvre puerpérale, il a suggéré que les médecins transféraient en quelque sorte l'agent causal à leurs patients. Il a suggéré que le nombre de cas de fièvre puerpérale pourrait être réduit si les médecins et les étudiants en médecine se lavaient simplement les mains avec de l'eau de chaux chlorée avant et après avoir examiné chaque patient. Lorsque cette pratique a été mise en œuvre, le taux de mortalité maternelle chez les mères soignées par des médecins est tombé au même taux de mortalité de 1 % observé chez les mères soignées par des sages-femmes. Cela a démontré que le lavage des mains était une méthode très efficace pour prévenir la transmission des maladies. Malgré ce grand succès, beaucoup ont écarté le travail de Semmelweis à l'époque, et les médecins ont été lents à adopter la procédure simple de lavage des mains pour prévenir les infections chez leurs patients, car elle contredisait les normes établies pour cette période.

À peu près au même moment où Semmelweis faisait la promotion du lavage des mains, en 1848, le médecin britannique John Snow a mené des études pour retracer la source des épidémies de choléra à Londres. En retraçant les épidémies à deux sources d'eau spécifiques, toutes deux contaminées par les eaux usées, Snow a finalement démontré que la bactérie du choléra était transmise par l'eau potable. Les travaux de Snow sont influents en ce qu'ils représentent la première étude épidémiologique connue et qu'ils ont abouti à la première réponse de santé publique connue à une épidémie. Les travaux de Semmelweis et de Snow ont clairement réfuté la théorie du miasme qui prévalait à l'époque, montrant que la maladie n'est pas seulement transmise par l'air mais aussi par des objets contaminés. Bien que les travaux de Semmelweis et Snow aient montré avec succès le rôle de l'assainissement dans la prévention des maladies infectieuses, la cause de la maladie n'a pas été entièrement comprise. Les travaux ultérieurs de Louis Pasteur, Robert Koch et Joseph Lister étayeraient davantage la théorie des germes de la maladie.

En étudiant les causes de la détérioration de la bière et du vin en 1856, Pasteur découvre les propriétés de la fermentation par les micro-organismes. Il avait démontré avec ses expériences en flacon à col de cygne que les microbes en suspension dans l'air, et non la génération spontanée, étaient la cause de la détérioration des aliments. Il a également suggéré que si les microbes étaient responsables de la détérioration et de la fermentation des aliments, ils pourraient également être responsables de l'infection. Cela a jeté les bases de la théorie des germes de la maladie.

Pendant ce temps, le chirurgien britannique Joseph Lister (Figure (PageIndex{4})) tentait de déterminer les causes des infections post-chirurgicales. De nombreux médecins n'ont pas accordé de crédit à l'idée que des microbes sur leurs mains, sur leurs vêtements ou dans l'air pouvaient infecter les plaies chirurgicales des patients, malgré le fait que 50% des patients chirurgicaux, en moyenne, mouraient d'infections post-chirurgicales. .10 Lister, cependant, connaissait les travaux de Semmelweis et de Pasteur ; par conséquent, il a insisté sur le lavage des mains et une propreté extrême pendant la chirurgie. En 1867, pour réduire davantage l'incidence des infections des plaies post-chirurgicales, Lister a commencé à utiliser un spray désinfectant/antiseptique à base d'acide phénique (phénol) pendant la chirurgie. Ses efforts extrêmement fructueux pour réduire les infections post-chirurgicales ont fait de ses techniques une pratique médicale standard.

Quelques années plus tard, Robert Koch (Figure (PageIndex{4})) a proposé une série de postulats (postulats de Koch) basés sur l'idée que la cause d'une maladie spécifique pourrait être attribuée à un microbe spécifique. En utilisant ces postulats, Koch et ses collègues ont pu identifier définitivement les agents pathogènes responsables de maladies spécifiques, notamment l'anthrax, la tuberculose et le choléra.11 Le concept « un microbe, une maladie » de Koch était le point culminant du 19e le changement de paradigme du siècle de la théorie des miasmes vers la théorie des germes de la maladie.

Exercice (PageIndex{3})

  1. Comparez et opposez la théorie des miasmes de la maladie à la théorie des germes de la maladie.
  2. Comment les travaux de Joseph Lister ont-ils contribué au débat entre la théorie des miasmes et la théorie des germes et comment cela a-t-il augmenté le succès des procédures médicales ?
  3. Comment la découverte des microbes a-t-elle changé la compréhension humaine de la maladie ?

Concepts clés et résumé

  • Bien que les cellules aient été observées pour la première fois dans les années 1660 par Robert Hooke, théorie cellulaire n'a pas été bien acceptée pendant encore 200 ans. Les travaux de scientifiques tels que Schleiden, Schwann, Remak et Virchow ont contribué à son acceptation.
  • Les théorie des miasmes de la maladie a été largement acceptée jusqu'au 19e siècle, lorsqu'il a été remplacé par le théorie des germes de la maladie grâce au travail de Semmelweis, Snow, Pasteur, Lister, Koch et d'autres.

Notes de bas de page

  1. M. Schultz. "Rudolph Virchow." Maladies infectieuses émergentes 14 non. 9 (2008):1480-1481.
  2. B. Kisch. « Les leaders oubliés de la médecine moderne, Valentin, Gouby, Remak, Auerbach. » Transactions de l'American Philosophical Society 44 (1954):139–317.
  3. H. Harris. La naissance de la cellule. New Haven, Connecticut : Yale University Press, 2000 : 133.
  4. C. Webster (éd.). Biologie, médecine et société 1840-1940. Cambridge, Royaume-Uni ; Cambridge University Press, 1981:118-119.
  5. C. Zuchora-Walske. Découvertes clés en sciences de la vie. Minneapolis, Minnesota : Éditions Lerner, 2015 : 12-13.
  6. T. Embley, W. Martin. "Évolution eucaryote, changements et défis." La nature Vol. 440 (2006) : 623-630.
  7. O.G. Berg, C.G. Kurlande. "Pourquoi les gènes mitochondriaux sont le plus souvent trouvés dans les noyaux." Biologie moléculaire et évolution 17 non. 6 (2000) : 951–961.
  8. L. Sagan. "Sur l'origine des cellules miteuses." Journal de biologie théorique 14 no. 3 (1967) : 225-274.
  9. A.E. Douglas. "La dimension microbienne dans l'écologie nutritionnelle des insectes." Écologie fonctionnelle 23 (2009):38–47.
  10. Alexandre, J. Wesley. « Les contributions de la lutte contre les infections à un siècle de progrès » Annales de chirurgie 201:423-428, 1985.
  11. S.M. Blevins et M.S. Bronze. "Robert Koch et l'âge d'or de la bactériologie." Journal international des maladies infectieuses. 14 non. 9 (2010) : e744-e751. doi:10.1016/j.ijid.2009.12.003.

Donateur

  • Nina Parker, (Université Shenandoah), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) et Brian M. Forster (Université Saint Joseph) avec de nombreux auteurs contributeurs. Contenu original via Openstax (CC BY 4.0 ; accès gratuit sur https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Histoire

Dessin de la structure du liège par Robert Hooke paru dans Micrographie.

La cellule a été découverte par Robert Hooke en 1665. Il a examiné (sous un microscope grossier et composé) de très fines tranches de liège et a vu une multitude de minuscules pores qui, selon lui, ressemblaient aux compartiments clos dans lesquels un moine vivrait. À cause de cette association , Hooke les a appelés cellules, le nom qu'ils portent encore. Cependant, Hooke ne connaissait pas leur véritable structure ou fonction. [1] La description de Hooke de ces cellules (qui étaient en fait des parois cellulaires non vivantes) a été publiée dans Micrographie. [2] Ses observations cellulaires n'ont donné aucune indication sur le noyau et les autres organites trouvés dans la plupart des cellules vivantes.

La première personne à fabriquer un microscope composé était Zacharias Jansen, tandis que le premier à observer une cellule vivante sous un microscope était Antonie van Leeuwenhoek, qui en 1674 a décrit les algues Spirogyre et a nommé les organismes en mouvement animalcules, ce qui signifie « petits animaux ». [3] Leeuwenhoek a probablement aussi vu des bactéries. [4] La théorie cellulaire s'opposait aux théories du vitalisme proposées avant la découverte des cellules.

L'idée que les cellules étaient séparables en unités individuelles a été proposée par Ludolph Christian Treviranus [5] et Johann Jacob Paul Moldenhawer. [6] Tout cela a finalement conduit Henri Dutrochet à formuler l'un des principes fondamentaux de la théorie cellulaire moderne en déclarant que « La cellule est l'élément fondamental de l'organisation ». [7]

Les observations de Hooke, Leeuwenhoek, Schleiden, Schwann, Virchow et d'autres ont conduit au développement de la théorie cellulaire. La théorie cellulaire est une explication largement acceptée de la relation entre les cellules et les êtres vivants. La théorie cellulaire énonce :

  • Tous les êtres vivants ou organismes sont constitués de cellules et de leurs produits.
  • Les nouvelles cellules sont créées par les anciennes cellules se divisant en deux.
  • Les cellules sont les unités de construction de base de la vie.

La théorie cellulaire est vraie pour tous les êtres vivants, qu'ils soient grands ou petits, simples ou complexes. Étant donné que, selon les recherches, les cellules sont communes à tous les êtres vivants, elles peuvent fournir des informations sur toute vie. Et parce que toutes les cellules proviennent d'autres cellules, les scientifiques peuvent étudier les cellules pour en savoir plus sur la croissance, la reproduction et toutes les autres fonctions que remplissent les êtres vivants. En découvrant les cellules et leur fonctionnement, vous pouvez en apprendre davantage sur tous les types d'êtres vivants.

Le mérite du développement de la théorie cellulaire est généralement attribué à trois scientifiques : Theodor Schwann, Matthias Jakob Schleiden et Rudolf Virchow. En 1839, Schwann et Schleiden ont suggéré que les cellules étaient l'unité de base de la vie. Leur théorie acceptait les deux premiers principes de la théorie cellulaire moderne (voir la section suivante, ci-dessous). Cependant, la théorie cellulaire de Schleiden différait de la théorie cellulaire moderne en ce qu'elle proposait une méthode de cristallisation spontanée qu'il appelait « formation de cellules libres ». [8] En 1855, Rudolf Virchow a conclu que toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes, complétant ainsi la théorie cellulaire classique. (Notez que l'idée que toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes avait en fait déjà été proposée par Robert Remak - Virchow est considéré comme ayant plagarisé Remak. [9] )


Théorie cellulaire

La théorie cellulaire fait référence à l'idée que les cellules sont l'unité de base de la structure de tout être vivant. Le développement de cette théorie au milieu du XVIIe siècle a été rendu possible par les progrès de la microscopie. Cette théorie est l'un des fondements de la biologie. La théorie dit que les nouvelles cellules sont formées à partir d'autres cellules existantes et que la cellule est une unité fondamentale de structure, de fonction et d'organisation dans tous les organismes vivants.

La cellule a été découverte par Robert Hooke en 1665. Il a examiné (sous un microscope grossier et composé) de très fines tranches de liège et a vu une multitude de minuscules pores qui, selon lui, ressemblaient aux compartiments clos dans lesquels un moine vivrait. À cause de cette association , Hooke les a appelés cellules, le nom qu'ils portent encore. Cependant, Hooke ne connaissait pas leur véritable structure ou fonction. La description de Hooke de ces cellules (qui étaient en fait des parois cellulaires non vivantes) a été publiée dans Micrographia. Ses observations cellulaires n'ont donné aucune indication sur le noyau et les autres organites trouvés dans la plupart des cellules vivantes.
Le premier homme à observer une cellule vivante sous un microscope était Antony van Leeuwenhoek (bien que le premier homme à fabriquer un microscope composé ait été Zacharias Janssen), qui en 1674 décrivit l'algue Spirogyra et nomma les organismes en mouvement animalcules, ce qui signifie « petits animaux ». Leeuwenhoek a probablement aussi vu des bactéries. La théorie cellulaire était en contraste avec les théories du vitalisme proposées avant la découverte des cellules.
L'idée que les cellules étaient séparables en unités individuelles a été proposée par Ludolph Christian Treviranus et Johann Jacob Paul Moldenhawer. Tout cela a finalement conduit Henri Dutrochet à formuler l'un des principes fondamentaux de la théorie cellulaire moderne en déclarant que "La cellule est l'élément fondamental de l'organisation".
Les observations de Hooke, Leeuwenhoek, Schleiden, Schwann, Virchow et d'autres ont conduit au développement de la théorie cellulaire. La théorie cellulaire est une explication largement acceptée de la relation entre les cellules et les êtres vivants. La théorie cellulaire énonce :
Tous les êtres vivants ou organismes sont constitués de cellules et de leurs produits.
Les nouvelles cellules sont créées par les anciennes cellules se divisant en deux.
Les cellules sont les unités de construction de base de la vie.
La théorie cellulaire est vraie pour tous les êtres vivants, qu'ils soient grands ou petits, simples ou complexes. Étant donné que, selon les recherches, les cellules sont communes à tous les êtres vivants, elles peuvent fournir des informations sur toute vie. Et parce que toutes les cellules proviennent d'autres cellules, les scientifiques peuvent étudier les cellules pour en savoir plus sur la croissance, la reproduction et toutes les autres fonctions que remplissent les êtres vivants. En vous familiarisant avec les cellules et leur fonctionnement, vous pouvez en apprendre davantage sur tous les types d'êtres vivants.
Le mérite du développement de la théorie cellulaire est généralement attribué à trois scientifiques : Theodor Schwann, Matthias Jakob Schleiden et Rudolf Virchow. En 1839, Schwann et Schleiden ont suggéré que les cellules étaient l'unité de base de la vie. Leur théorie acceptait les deux premiers principes de la théorie cellulaire moderne (voir la section suivante, ci-dessous). Cependant, la théorie cellulaire de Schleiden différait de la théorie cellulaire moderne en ce qu'elle proposait une méthode de cristallisation spontanée qu'il appelait "Free Cell Formation". En 1858, Rudolf Virchow conclut que toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes, complétant ainsi la théorie cellulaire classique.


Théorie endosymbiotique

Alors que les scientifiques progressaient dans la compréhension du rôle des cellules dans les tissus végétaux et animaux, d'autres examinaient les structures au sein des cellules elles-mêmes. En 1831, le botaniste écossais Robert brun (1773-1858) a été le premier à décrire des observations de noyaux, qu'il a observées dans des cellules végétales. Puis, au début des années 1880, le botaniste allemand Andreas Schimper (1856-1901) a été le premier à décrire les chloroplastes des cellules végétales, identifiant leur rôle dans la formation de l'amidon pendant la photosynthèse et notant qu'ils se divisaient indépendamment du noyau.

Sur la base de la capacité des chloroplastes à se reproduire indépendamment, le botaniste russe Konstantin Mereschkowski (1855-1921) ont suggéré en 1905 que les chloroplastes pourraient provenir de bactéries photosynthétiques ancestrales vivant en symbiose à l'intérieur d'une cellule eucaryote. Il a proposé une origine similaire pour le noyau des cellules végétales. Ce fut la première articulation du hypothèse endosymbiotique, et expliquerait comment les cellules eucaryotes ont évolué à partir de bactéries ancestrales.

L'hypothèse endosymbiotique de Mereschkowski a été renforcée par l'anatomiste américain Ivan Wallin (1883-1969), qui a commencé à examiner expérimentalement les similitudes entre les mitochondries, les chloroplastes et les bactéries, en d'autres termes, à tester l'hypothèse endosymbiotique en utilisant une enquête objective. Wallin a publié une série d'articles dans les années 1920 soutenant l'hypothèse endosymbiotique, y compris une publication de 1926 co-écrite avec Mereschkowski. Wallin a affirmé qu'il pouvait cultiver des mitochondries en dehors de leurs cellules hôtes eucaryotes. De nombreux scientifiques ont rejeté ses cultures de mitochondries comme résultant d'une contamination bactérienne. Les travaux modernes de séquençage du génome soutiennent les scientifiques dissidents en montrant qu'une grande partie du génome des mitochondries a été transférée dans le noyau de la cellule hôte, empêchant les mitochondries de vivre seules. 6 7

Les idées de Wallin concernant l'hypothèse endosymbiotique ont été largement ignorées pendant les 50 prochaines années parce que les scientifiques ne savaient pas que ces organites contenaient leur propre ADN. Cependant, avec la découverte de l'ADN mitochondrial et chloroplastique dans les années 1960, l'hypothèse endosymbiotique a été ressuscitée. lynn Margulis (1938-2011), une généticienne américaine, a publié ses idées concernant l'hypothèse endosymbiotique des origines des mitochondries et des chloroplastes en 1967. 8 Au cours de la décennie précédant sa publication, les progrès de la microscopie avaient permis aux scientifiques de différencier les cellules procaryotes des cellules eucaryotes. . Dans sa publication, Margulis a passé en revue la littérature et a fait valoir que les organites eucaryotes tels que les mitochondries et les chloroplastes sont d'origine procaryote. Elle a présenté un ensemble croissant de données microscopiques, génétiques, de biologie moléculaire, fossiles et géologiques pour étayer ses affirmations.

Encore une fois, cette hypothèse n'était pas populaire au départ, mais les preuves génétiques croissantes dues à l'avènement du séquençage de l'ADN ont soutenu la théorie endosymbiotique, qui est maintenant définie comme la théorie selon laquelle les mitochondries et les chloroplastes sont apparus à la suite de cellules procaryotes établissant une relation symbiotique au sein d'un hôte eucaryote (Figure 3). La théorie endosymbiotique initiale de Margulis étant largement acceptée, elle a développé la théorie dans son livre de 1981. Symbiose dans l'évolution cellulaire. Elle y explique comment l'endosymbiose est un facteur moteur majeur dans l'évolution des organismes. Un séquençage génétique plus récent et une analyse phylogénétique montrent que l'ADN mitochondrial et l'ADN chloroplastique sont fortement liés à leurs homologues bactériens, à la fois dans la séquence d'ADN et la structure chromosomique. Cependant, l'ADN mitochondrial et l'ADN chloroplastique sont réduits par rapport à l'ADN nucléaire car de nombreux gènes se sont déplacés des organites vers le noyau de la cellule hôte. De plus, les ribosomes mitochondriaux et chloroplastiques sont structurellement similaires aux ribosomes bactériens, plutôt qu'aux ribosomes eucaryotes de leurs hôtes. Enfin, la fission binaire de ces organites ressemble fortement à la fission binaire des bactéries, par rapport à la mitose réalisée par les cellules eucaryotes. Depuis la proposition originale de Margulis, les scientifiques ont observé plusieurs exemples d'endosymbiotes bactériens dans les cellules eucaryotes modernes. Les exemples incluent les bactéries endosymbiotiques trouvées dans les intestins de certains insectes, tels que les cafards, 9 et les organites ressemblant à des bactéries photosynthétiques trouvées chez les protistes. dix

Figure 3. Selon la théorie endosymbiotique, les mitochondries et les chloroplastes sont chacun dérivés de l'absorption de bactéries. Ces bactéries ont établi une relation symbiotique avec leur cellule hôte qui a finalement conduit les bactéries à évoluer en mitochondries et en chloroplastes.
  • Que dit la théorie endosymbiotique moderne ?
  • Quelles preuves soutiennent la théorie endosymbiotique?

La théorie des germes de la maladie

Avant la découverte des microbes au XVIIe siècle, d'autres théories circulaient sur les origines des maladies. Par exemple, les anciens Grecs ont proposé le théorie des miasmes, qui soutenait que la maladie provenait de particules émanant de matières en décomposition, telles que celles présentes dans les eaux usées ou les fosses d'aisance. De telles particules infectaient les humains à proximité immédiate de la matière en décomposition. Des maladies, dont la peste noire, qui a ravagé la population européenne au Moyen Âge, étaient censées provenir de cette façon.

En 1546, le médecin italien Girolamo Fracastoro proposé, dans son essai De Contagion et Contagiose Morbis, que les spores ressemblant à des graines peuvent être transférées d'un individu à l'autre par contact direct, exposition à des vêtements contaminés ou par voie aérienne. Nous reconnaissons maintenant Fracastoro comme l'un des premiers partisans de la théorie des germes de la maladie, qui stipule que les maladies peuvent résulter d'une infection microbienne. Cependant, au XVIe siècle, les idées de Fracastoro n'étaient pas largement acceptées et seraient largement oubliées jusqu'au XIXe siècle.

Figure 4. Ignaz Semmelweis (1818-1865) était un partisan de l'importance du lavage des mains pour prévenir le transfert de maladies entre les patients par les médecins.

En 1847, l'obstétricien hongrois Ignaz Semmelweis (Figure 4) ont observé que les mères qui ont accouché dans des services hospitaliers dotés de médecins et d'étudiants en médecine étaient plus susceptibles de souffrir et de mourir de fièvre puerpérale après l'accouchement (taux de mortalité de 10 à 20 %) que les mères dans des services dotés de sages-femmes (1 % taux de mortalité). Semmelweis a observé des étudiants en médecine pratiquer des autopsies puis des examens vaginaux sur des patientes vivantes sans se laver les mains entre les deux. Il soupçonnait les étudiants de transmettre la maladie des autopsies aux patients qu'ils examinaient. Ses soupçons ont été étayés par la mort prématurée d'un ami, un médecin qui a contracté une infection de plaie mortelle après un examen post mortem d'une femme décédée d'une infection puerpérale. La blessure du médecin décédé avait été causée par un scalpel utilisé lors de l'examen, et sa maladie et sa mort subséquentes ressemblaient étroitement à celles du patient décédé.

Bien que Semmelweis ne connaisse pas la véritable cause de la fièvre puerpérale, il a suggéré que les médecins transféraient en quelque sorte l'agent causal à leurs patients. Il a suggéré que le nombre de cas de fièvre puerpérale pourrait être réduit si les médecins et les étudiants en médecine se lavaient simplement les mains avec de l'eau de chaux chlorée avant et après avoir examiné chaque patient. Lorsque cette pratique a été mise en œuvre, le taux de mortalité maternelle chez les mères soignées par des médecins est tombé au même taux de mortalité de 1 % observé chez les mères soignées par des sages-femmes. Cela a démontré que le lavage des mains était une méthode très efficace pour prévenir la transmission des maladies. Malgré ce grand succès, beaucoup ont écarté le travail de Semmelweis à l'époque, et les médecins ont été lents à adopter la procédure simple de lavage des mains pour prévenir les infections chez leurs patients, car elle contredisait les normes établies pour cette période.

À peu près au même moment où Semmelweis faisait la promotion du lavage des mains, en 1848, le médecin britannique John Neiger ont mené des études pour retracer la source des épidémies de choléra à Londres. En retraçant les épidémies à deux sources d'eau spécifiques, toutes deux contaminées par les eaux usées, Snow a finalement démontré que la bactérie du choléra était transmise par l'eau potable. Les travaux de Snow sont influents en ce qu'ils représentent la première étude épidémiologique connue et qu'ils ont abouti à la première réponse de santé publique connue à une épidémie. Les travaux de Semmelweis et de Snow ont clairement réfuté la théorie du miasme qui prévalait à l'époque, montrant que la maladie n'est pas seulement transmise par l'air mais aussi par des objets contaminés.

Bien que les travaux de Semmelweis et Snow aient montré avec succès le rôle de l'assainissement dans la prévention des maladies infectieuses, la cause de la maladie n'a pas été entièrement comprise. Les travaux ultérieurs de Louis Pasteur, Robert Koch, et Joseph Lister étayerait davantage la théorie des germes de la maladie.

En étudiant les causes de la détérioration de la bière et du vin en 1856, Pasteur découvre les propriétés de la fermentation par les micro-organismes. Il avait démontré avec ses expériences en flacon à col de cygne (voir la figure 3 dans Génération spontanée) que les microbes en suspension dans l'air, et non la génération spontanée, étaient la cause de la détérioration des aliments, et il a suggéré que si les microbes étaient responsables de la détérioration et de la fermentation des aliments, ils pourraient également être responsable de l'infection. Ce fut le fondement de la théorie des germes de la maladie.

Pendant ce temps, le chirurgien britannique Joseph Lister (Figure 5a) tentait de déterminer les causes des infections postchirurgicales. De nombreux médecins n’ont pas accordé de crédit à l’idée que des microbes sur leurs mains, sur leurs vêtements ou dans l’air puissent infecter les plaies chirurgicales des patients, malgré le fait que 50 % des patients chirurgicaux, en moyenne, mouraient d’infections post-chirurgicales. [11] Lister, cependant, était familier avec le travail de Semmelweis et Pasteur donc, il a insisté sur le lavage des mains et la propreté extrême pendant la chirurgie. En 1867, pour réduire davantage l'incidence des infections des plaies post-chirurgicales, Lister a commencé à utiliser un désinfectant/antiseptique en aérosol à base d'acide phénique (phénol) pendant la chirurgie. Ses efforts extrêmement fructueux pour réduire les infections postopératoires ont fait de ses techniques une pratique médicale standard.

Quelques années plus tard, Robert Koch (Figure 5b) a proposé une série de postulats (les postulats de Koch) basés sur l'idée que la cause d'une maladie spécifique pourrait être attribuée à un microbe spécifique. En utilisant ces postulats, Koch et ses collègues ont pu identifier définitivement les agents pathogènes responsables de maladies spécifiques, notamment l'anthrax, la tuberculose et le choléra. Le concept « un microbe, une maladie » de Koch était le point culminant du changement de paradigme du XIXe siècle, passant de la théorie des miasmes à la théorie des germes de la maladie. Les postulats de Koch sont discutés plus en détail dans How Pathogens Cause Disease.

Figure 5. (a) Joseph Lister developed procedures for the proper care of surgical wounds and the sterilization of surgical equipment. (b) Robert Koch established a protocol to determine the cause of infectious disease. Both scientists contributed significantly to the acceptance of the germ theory of disease.

Pensez-y

  • Compare and contrast the miasma theory of disease with the germ theory of disease.
  • How did Joseph Lister’s work contribute to the debate between the miasma theory and germ theory and how did this increase the success of medical procedures?

Clinical Focus: Anika, Part 2

This example continues Anika’s story that started in Spontaneous Generation.

After suffering a fever, congestion, cough, and increasing aches and pains for several days, Anika suspects that she has a case of the flu. She decides to visit the health center at her university. The PA tells Anika that her symptoms could be due to a range of diseases, such as influenza, bronchitis, pneumonia, or tuberculosis.

During her physical examination, the PA notes that Anika’s heart rate is slightly elevated. Using a pulse oximeter, a small device that clips on her finger, he finds that Anika has hypoxemia—a lower-than-normal level of oxygen in the blood. Using a stethoscope, the PA listens for abnormal sounds made by Anika’s heart, lungs, and digestive system. As Anika breathes, the PA hears a crackling sound and notes a slight shortness of breath. He collects a sputum sample, noting the greenish color of the mucus, and orders a chest radiograph, which shows a “shadow” in the left lung. All of these signs are suggestive of pneumonie, a condition in which the lungs fill with mucus (Figure 6).

We’ll return to Anika’s example in later pages.

Figure 7 (credit “swan-neck flask”: modification of work by Wellcome Images)

Concepts clés et résumé

  • Although cells were first observed in the 1660s by Robert Hooke, théorie cellulaire was not well accepted for another 200 years. The work of scientists such as Schleiden, Schwann, Remak, and Virchow contributed to its acceptance.
  • Endosymbiotic theory states that mitochondria and chloroplasts, organelles found in many types of organisms, have their origins in bacteria. Significant structural and genetic information support this theory.
  • Les miasma theory of disease was widely accepted until the nineteenth century, when it was replaced by the germ theory of disease thanks to the work of Semmelweis, Snow, Pasteur, Lister, and Koch, and others.

Choix multiple

Which of the following individuals did not contribute to the establishment of cell theory?

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Answer a. Girolamo Fracastoro did not contribute to the establishment of cell theory.[/hidden-answer]

Whose proposal of the endosymbiotic theory of mitochondrial and chloroplast origin was ultimately accepted by the greater scientific community?

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Answer c. Lynn Margulis proposed the endosymbiotic theory of mitochondrial and chloroplast origin.[/hidden-answer]

Which of the following developed a set of postulates for determining whether a particular disease is caused by a particular pathogen?

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]Answer b. Robert Koch developed a set of postulates for determining whether a particular disease is caused by a particular pathogen.[/hidden-answer]

Remplir les trous

John Snow is known as the father of _____________.

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]John Snow is known as the father of epidemiology.[/hidden-answer]

The _____________ theory states that disease may originate from proximity to decomposing matter and is not due to person-to-person contact.

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]The miasma theory states that disease may originate from proximity to decomposing matter and is not due to person-to-person contact.[/hidden-answer]

The scientist who first described cells was _____________.

[reveal-answer q=�″]Show Answer[/reveal-answer]
[hidden-answer a=�″]The scientist who first described cells was Robert Hooke.[/hidden-answer]

Points clés à retenir

  1. How did the explanation of Virchow and Remak for the origin of cells differ from that of Schleiden and Schwann?
  2. What evidence exists that supports the endosymbiotic theory?
  3. What were the differences in mortality rates due to puerperal fever that Ignaz Semmelweis observed? How did he propose to reduce the occurrence of puerperal fever? Did it work?
  4. Why are mitochondria and chloroplasts unable to multiply outside of a host cell?
  5. Why was the work of Snow so important in supporting the germ theory?
  1. M. Schultz. "Rudolph Virchow." Maladies infectieuses émergentes 14 non. 9 (2008):1480–1481 &crarr
  2. B. Kisch. "Forgotten Leaders in Modern Medicine, Valentin, Gouby, Remak, Auerbach." Transactions of the American Philosophical Society 44 (1954):139-317. &crarr
  3. H. Harris. The Birth of the Cell. New Haven, CT: Yale University Press, 2000:133. &crarr
  4. C. Webster (éd.). Biology, Medicine and Society 1840-1940. Cambridge, Royaume-Uni Cambridge University Press, 1981:118–119. &crarr
  5. C. Zuchora-Walske. Key Discoveries in Life Science. Minneapolis, MN: Lerner Publishing, 2015:12–13. &crarr
  6. T. Embley, W. Martin. "Eukaryotic Evolution, Changes, and Challenges." La nature Vol. 440 (2006):623–630. &crarr
  7. O.G. Berg, C.G. Kurland. "Why Mitochondrial Genes Are Most Often Found in Nuclei." Biologie moléculaire et évolution 17 no. 6 (2000):951–961. &crarr
  8. L. Sagan. "On the Origin of Mitosing Cells." Journal of Theoretical Biology 14 no. 3 (1967):225–274.&crarr
  9. A.E. Douglas. "The Microbial Dimension in Insect Nutritional Ecology." Functional Ecology 23 (2009) : 38-47. &crarr
  10. J.M. Jaynes, L.P. Vernon. "The Cyanelle of Cyanophora paradoxa: Almost a Cyanobacterial Chloroplast." Tendances en sciences biochimiques 7 no. 1 (1982):22–24. &crarr
  11. Alexandre, J. Wesley. "The Contributions of Infection Control to a Century of Progress" Annals of Surgery 201:423-428, 1985. &crarr

Contenu

The cell was first discovered and named by Robert Hooke in 1665. He remarked that it looked strangely similar to cellula or small rooms which monks inhabited, thus deriving the name. However what Hooke actually saw was the dead cell walls of plant cells (cork) . Hooke's description of these cells was published in Micrographia. [1] . The cell walls observed by Hooke gave no indication of the nucleus and other organelles found in most living cells. The first man to witness a live cell under a microscope was Anton Van Leeuwenhoek, who in 1674 described the algae Spirogyre and named the moving organisms animalcules, meaning "little animals".(see). Leeuwenhoek probably also saw bacteria [2] .


The idea that cells were separable into individual units was proposed by Ludolph Christian Treviranus [3] and Johann Jacob Paul Moldenhawer [4] . All of this finally led to Henri Dutrochet formulating one of the fundamental tenets of modern cell theory by declaring that "The cell is the fundamental element of organization" [5]

The observations of Hooke, Leeuwenhoek, Schleiden, Schwann, Virchow, and others led to the development of the cell theory. The cell theory is a widely accepted explanation of the relationship between cells and living things. The cell theory states:

  • All living things are composed of cells.
  • Cells are the basic unit of structure and function in living things.
  • All cells are produced from other cells.

The cell theory holds true for all living things, no matter how big or small, or how simple or complex. Since cells are common to all living things, they can provide information about all life. And because all cells come from other cells, scientists can study cells to learn about growth, reproduction, and all other functions that living things perform. By learning about cells and how they function, you can learn about all types of living things.

Credit for developing Cell Theory is usually given to three scientists, Theodore Schwann, Matthias Jakob Schleiden, and Rudolf Virchow. In 1839 Schwann and Schleiden suggested that cells were the basic unit of life. Their theory accepted the first two tenets of modern cell theory (see next section, below). However the cell theory of Schleiden differed from modern cell theory in that it proposed a method of spontaneous crystallization that he called "Free Cell Formation" [6] . In 1858, Rudolf Virchow concluded that all cells come from pre-existing cells thus completing the classical cell theory.

Classical Cell Theory

  1. All plants are made of cells (Schleiden)
  2. All animals are made of cells (Schwann)
  3. All cells come from pre-existing cells (Virchow)

Modern cell theory

The generally accepted parts of modern cell theory include:

  1. The cell is the fundamental unit of structure and function in living things.
  2. All cells come from pre-existing cells by division.
  3. Energy flow (metabolism and biochemistry) occurs within cells.
  4. Cells contain hereditary information which is passed from cell to cell during cell division
  5. All cells are basically the same in chemical composition.
  6. All known living things are made up of cells.
  7. Some organisms are unicellular, made up of only one cell.
  8. Others are multicellular, composed of countless number of cells.
  9. The activity of an organism depends on the total activity of independent cells

Exceptions to the theory

  1. Viruses are considered by some to be alive, yet they are not made up of cells.
  2. The first cell did not originate from a pre-existing cell. See: Origin of life.

Types of cells

Cells can be subdivided into the following subcategories: prokaryotes and eukaryotes. Prokaryotes lack a nucleus (though they do have circular DNA) and other membrane-bound organelles (though they do contain ribosomes). Eubacteria and Archeabacteria are two divisions of prokaryotes. Eukaryotes, on the other hand, have distinct nuclei and membrane-bound organelles (mitochondria, endoplasmic reticulum, vacuoles). In addition, they possess organized chromosomes which store genetic material.


3. Cells come from other cells

As far as we know, no cell on Earth currently has arisen spontaneously. All cells are the result of cell division. When a cell is large enough, it replicates its DNA and important components. These components can then be divided into two daughter cells, which are copies of each other. Variations in the DNA in each cell can lead to changes in how they function, which can result in them dividing at different rates. The cell that reproduces more than the other cell will pass on more of its DNA. The purpose of every cell or organism is to reproduce the DNA in cells.
This third tenet of the cell theory has yet to be disproven. No scientist has ever created a functioning cell without replicating another cell, although some scientists are trying. If they were successful, it would give proof to how life could have evolved. It is thought that a self-replicating molecule mutated, developed the ability to produce a membrane, and thus the first cell was born. The cell was such a successful form of life that all life since has used the same basic template.


Significance of Cell Theory:

Modern concept of cell theory emphasizes the structural and functional relationship among the diverse living forms from bacteria to man.

All cells irrespective of their function and position have a noyau embedded in the cytoplasme and are bounded by membrane cellulaire (unity in structural plan) and the same metabolic processes occur in all the cells primitive or specialized (unity of function). This implies that all the living things have originated from the same primitive ancestral type that originated about two billion years ago.


Summary: What Is the Cell Theory?

The cell theory is one of the foundational theories of biology. It has three main components:

1. All living things are made up of cells.

2. Cells are the basic building blocks of life.

3. All cells come from preexisting cells created through the process of cell division.

As our scientific knowledge has increased over time, additional parts have been added to the theory. Schleiden and Schwann, as well as Virchow, are generally seen as the founders of the cell theory, due to their pioneering scientific work in the 1800s. The cell theory is important because it affects nearly every aspect of biology, from our understanding of life and death, to how we manage diseases, and more.


The Third Lens

Does science aim at providing an account of the world that is au sens propre true or objectivement true? Understanding the difference requires paying close attention to metaphor and its role in science. Dans The Third Lens, Andrew S. Reynolds argues that metaphors, like microscopes and other instruments, are a vital tool in the construction of scientific knowledge and explanations of how the world works. More than just rhetorical devices for conveying difficult ideas, metaphors provide the conceptual means with which scientists interpret and intervene in the world.

Reynolds here investigates the role of metaphors in the creation of scientific concepts, theories, and explanations, using cell theory as his primary case study. He explores the history of key metaphors that have informed the field and the experimental, philosophical, and social circumstances under which they have emerged, risen in popularity, and in some cases faded from view. How we think of cells&mdashas chambers, organisms, or even machines&mdashmakes a difference to scientific practice. Consequently, an accurate picture of how scientific knowledge is made requires us to understand how the metaphors scientists use&mdashand the social values that often surreptitiously accompany them&mdashinfluence our understanding of the world, and, ultimately, of ourselves.

The influence of metaphor isn&rsquot limited to how we think about cells or proteins: in some cases they can even lead to real material change in the very nature of the thing in question, as scientists use technology to alter the reality to fit the metaphor. Drawing out the implications of science&rsquos reliance upon metaphor, The Third Lens will be of interest to anyone working in the areas of history and philosophy of science, science studies, cell and molecular biology, science education and communication, and metaphor in general.


Voir la vidéo: La théorie cellulaire:: exemple de construction du savoir scientifique. (Février 2023).