La cellule réunit à elle seule toutes les caractéristiques fonctionnelles et structurales essentielles à la vie : la vie n’existe pas sans cellule. L’apparente évidence de cette phrase ne signifie malheureusement pas sa simplicité. Les principaux mécanismes impliqués dans l’existence et le fonctionnement d’une cellule sont complexes et ne nous sont connus que depuis quelques décennies. La majorité des cellules sont en général d’un très petite taille, inférieure au dixième de millimètre. Elles sont donc invisibles à l’œil nu puisque inférieures au pouvoir séparateur de l’œil. Ainsi, on a longtemps ignoré jusqu’à leur existence même, nul ne les recherchait. Leur découverte, leur observation et leur étude sont directement liées à l’invention du microscope au XVIIIème siècle.

Les premiers pas

C’est à la fin du XVIIème siècle qu’ont été élaborés, en particulier par les naturalistes anglais Robert HOOKE (1635-1703) et hollandais Antonie VAN LEEUWENHOEK (1632-1723) les ancêtres de nos microscopes optiques actuels. Ils effectuèrent ainsi les premières observations microscopiques et pénétrèrent dans un monde jusqu’ici inconnu bien qu’on ne peut plus familier. Chaque observation était consignée et interprétée. Ainsi, c’est dans l’un des dessins de HOOKE publié en 1665 dans sa collection d’observations au microscope sous le titre MICROGRAPHIA, que le nom de « cellule » fut employé la première fois. HOOKE l’avait employé pour désigner, par analogie avec les cellules de moines ou de prisonniers, les cavités qu’il remarquait dans une tranche d’écorce d’arbre. Le mot est resté bien que ce qu’il désigne actuellement ne corresponde pas aux structures découvertes par HOOKE dans l’écorce morte, mais aux éléments qui remplissent ces trous dans l’arbre vivant. Cependant il faut signaler que ces premiers microscopes étaient assez rudimentaires, des billes de verre étant utilisées comme lentilles. Ils ne pouvaient grossir qu’une centaine de fois et les objets analysés étaient assez flous. Ainsi l’interprétation des images laissait une grande part à l’imagination, parfois très fertile, des naturalistes.

La théorie cellulaire

Ce n’est que durant le VXIIIème siècle que l’observation du monde animal et végétal pris un nouvel élan grâce au perfectionnement des microscopes. Les travaux du physicien italien Giovani Battista AMICI (1786-1863) conduirent à l’amélioration de l’optique des microscopes. Les images observées ne laissent alors aucune place à l’imagination. L’idée que les animaux et les plantes sont faits d’une ou plusieurs unités semblables commence à se répandre. Au milieu du XIXème siècle, la théorie cellulaire apparaît et la science des cellules, la cytologie (du grec kytos, cavité) se met en place et se développe. La théorie cellulaire végétale fut explicitement formulée en 1838-1839 par le botaniste Mathias Jacob SCHLEIDEN (1804-1881) et élargie au règne animal par le physiologiste Théodore SCHWANN (1810-1882).

Suivant de près la naissance de la théorie cellulaire, l’histologie (étude des tissus dont les cellules sont les constituants élémentaires) apparaît à son tour. On parvient alors à observer à l’aide des microscopes à lumière des objets de la taille d’une bactérie, de l’ordre du millionième de mètre, le micron. Grâce à cette précision la plupart des structures cellulaires différenciées sont décrites, ce sont des organites cellulaires.

Le XXème siècle

Cependant, la majorité des connaissances que nous possédons actuellement sur la cellule sont beaucoup plus récentes, elles aussi permises grâce à la mise au point d’une technique d’observation nouvelle : le microscope électronique. Par ces observations très fines (de l’ordre de la centaine de nanomètre, 1 nm = 0,000001 mm), l’anatomie cellulaire, bien que déjà découverte en microscopie à lumière, a pu être précisée et mieux comprise. Ajoutées à ces descriptions purement visuelles, d’autres techniques sont venues expliciter ce que l’œil ne pouvait voir ; l’analyse biochimique et biophysique des organites cellulaires ont permis de mieux analyser le fonctionnement et la dynamique de la cellule.

Il faut noter que malgré l’immense variabilité du vivant, les différents éléments qui composent l’édifice anatomique des cellules ne sont pas une grande variété. On en compte moins d’une vingtaine. Les cellules ont de nombreux caractères communs, aussi bien anatomiques que chimiques ou fonctionnels. Malgré leur diversité, les cellules ne sont que des variations sur deux grands types : le type procaryotes (cellule dont l’information génétique n’est pas rassemblée dans un vrai noyau) et le type eucaryote (cellule dont l’information génétique est rassemblée dans un vrai noyau). Ces deux types possédant d’ailleurs de nombreux points communs. Les différentes structures sont souvent semblables, de même pour les molécules qui fournissent l’énergie à la cellule (l’ATP) ou les molécules porteuses de l’information (l’ADN et l’ARN) qui sont universellement partagées. Pour la croissance, la reproduction, la régulation de l’activité, les cellules utilisent des processus extrêmement semblables. Pour expliquer cette extraordinaire unité l’hypothèse d’un ancêtre unique, ou d’un très petit groupe initial, est aujourd’hui acceptée. On peut donc voir dans la cellule la résultante d’une longue évolution commencée il y a 4,5 milliards d’années avec la formation de la Terre et qui a conduit à l’apparition des premières unicellulaires, il y a environ 3,5 milliards d’années.

Ainsi partant de ces points communs, on peut imaginer et décrire une cellule exemplaire, regroupant les principales caractéristiques partagées par la majorité des cellules, il faut toutefois se garder d’exagérer ces points communs et penser que toutes les cellules sont identiques. Même si certains mécanismes internes sont communs, les fonctions spécifiques de chaque type de cellule sont très variées : 250 catégories dans l’espèce humaine, ayant chacune une structure adaptée à la fonction. Les différences entre une cellule nerveuse et une cellule musculaire permettent de facilement s’en convaincre !